HRSA : Superlegierungen: Die Werkzeugverschlinger

Kolkverschleiß, plastische Verformung bis hin zum kompletten Werkzeugausfall. Verheerend sind die Auswirkungen, die warmfeste Superlegierungen auf die Schneidwerkzeuge haben können. Dennoch sind diese sogenannten Heat Resistant Super Alloys (HRSA) beliebter den je. Extreme Festigkeit und unübertroffene Härte auch bei hohen Temperaturen machen sie für viele Branchen unverzichtbar. Doch die „Werkzeugverschlinger“, - wie sie mancher nennt - haben nicht umsonst ihren Kosenamen. Wer auf die falschen Arbeitsparameter setzt, bei dem klopft postwendend das Standzeitende an die Tür.

Die Superlegierungen lassen sich in drei Gruppen einteilen: Nickel-, Eisen- oder Kobalt-Basis-Legierungen. Am Häufigsten kommen Nickelbasierte (Ni) Legierungen zum Einsatz. Sie machen jetzt schon über die Hälfte moderner Flugzeugtriebwerke aus. Eisenbasierte (Fe) Legierungen sind eine Weiterentwicklung rostfreier Stähle. Einige von ihnen haben sehr niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten, was sie besonders zur Herstellung von Wellen, Ringen und Gehäusen attraktiv macht. Der König der „Werkzeugverschlinger“ ist der Werkstoff mit Kobalt-basierter (Co)-Legierung. Seine Zerspanung ist äußerst heikel. Verschleiß sehr teuer. Allerdings ist er der beste bei Hochtemperaturkorrision: Brennkammerteile von Triebwerken, Kernreaktoren und medizinische Implantate sind sein Spielfeld.

Johannes Wirtl kennt die Sorgen der Werkzeughersteller. „Spanschlag, Kerb- und Kolkverschleiß an der Werkzeugschneide“, nennt der Head of Application Engineer bei Seco Tools Beispiele. „Alle Superlegierungen sind höchst temperaturbeständig. Sie können daher mit Keramik- und CBN-Wendeschneidplatten viel wirtschaftlicher bearbeitet werden als mit Wolframkarbid-Wendeschneidplatten“, erklärt er. Dennoch - der Großteil der zu bearbeitenden Bauteile kommt im bereits ausgehärteten Zustand auf die Drehmaschine, was eine Herausforderung ist. „Der Span wird beim Drehen abhängig von der Wendeschneidplattengeometrie, Einsatztiefe und Einstellwinkel in eine bestimmte Richtung gelenkt“, so Wirtl. „Im ungünstigen Fällen trifft der Span die Freifläche der Wendeschneidplatte. Diese starke Belastung kann zur Beschädigungen der Schneidkanten bis hin zum Bruch führen.“ Es kann nicht - wie üblich - die entstehende Zerspanungstemperatur über die Späne abgeführt werden. „Eine enorme thermomechanische Belastung“, warnt Wirtl. „Um diesen Effekten entgegenzuwirken braucht es einerseits eine stabile Schneide, andererseits ein positive, schnittfreudige Geometrie.“ Die punktgenaue Kühlung.

Auch den Einsatz von Kühlmitteln und hohen Drücken sieht der Zerspanungsspezialist bei Seco Tools als essentiell. „Je punktgenauer das Kühlmedium zur Schneide gelangt desto besser ist der Kühleffekt“, erklärt Wirtl. Der sogenannte KSM-Strahl wirkt sich dabei positiv auf den zerspanenden Werkstoff aus, da dieser extrem schnell abkühlt und sehr spröde wird und damit besser bricht. Je höher der Druck ist (ab 70 bar aufwärts) desto besser lenkt der Strahl den Span um - wie ein Keil. „Das kommt nicht nur der Temperatur des Schneidwerkstoffes zu gute, sondern fördert auch den Spanbruch“, so Wirtl. Einen entscheidenden Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis von Superalloys hat aber immer noch die Auswahl der richtigen Wendeschneidplatte. „Jede Bearbeitung, sei es nun "Schruppen", "Vorschlichten" oder "Schlichten", muss strikt getrennt, entsprechend der Anwendung, betrachtet werden“, gibt Wirtl einen wertvollen Tipp. „Die volle Leistungsfähigkeit der Wendeschneidplatten kommt nur durch die richtige Wahl der Geometrie in Kombination mit dem Schneidstoff und in Abstimmung mit den optimalen Arbeitsparametern zum Tragen.“ Elisabeth Biedermann