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Schmieden



Aufgabe

Das klassische Schmieden war lange Zeit ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Automobilen. Ein harmloses Beispiel mag dazu der früher übliche lange und dünne Schaltknüppel sein. Stellen Sie ihn sich aus normalem Baustahl gefertigt vor. Er würde sich beim Gangeinlegen immer leicht verbiegen und schließlich abbrechen. Geschmiedet tut er das nicht und ist trotzdem leicht. Das kommt durch die besondere Struktur, die oben im Bild gut sichtbar ist. Der Faserverlauf bleibt während der Verformung erhalten und sorgt für zusätzliche Stabilität.

Funktion

Schmieden war damit verbunden, Stahl, Aluminium oder Kupfer-Zinn bzw. -Zink-Legierungen auf eine genau definierte Temperatur zu bringen. Beim Stahl sind das knapp 800°C bis über 1200°C. Voraussetzungen hier: ein geringer Kohlenstoffgehalt und nicht zu viele Legierungsbestandteile. In der Produktion muss man sich einen bis zur Rotglut erwärmten, von einer langen Stange abgeschnittenen Stahlknüppel vorstellen, der jetzt in die Form gelegt wird. Diese unterscheidet sich deutlich von der beim Gießen. Wenn z.B. aus dem Knüppel eine Kurbelwelle geformt werden soll, dann ist diese Form im Ober- und im Untergesenk je zur Hälfte vorgezeichnet. Zusätzlich gibt es noch eine umlaufende Auslaufzone für das überschüssige Material. Der Rohling ist nämlich etwas größer bemessen als das fertige Stück. Unterscheidet sich die Massenverteilung in der Form wesentlich von der des Knüppels, so kann diese durch Rollen (eine Art Walzen) noch geändert werden.
Beim klassischen Schmieden wurde das Obergesenk mit großer Wucht auf das Untergesenk geschlagen, so dass der Werkstoff die Form allmählich ausfüllte. Zum Schluss noch einmal gepresst, kam eine schon recht gute Annäherung an das geforderte Endprodukt heraus. Durch einen entsprechend genauen Querschnitt (Matrize) gedrückt, fiel auch der umlaufende Grat ab und die Kurbelwelle war bereit für die umfangreiche Nachbearbeitung.
Das Schmieden hat sich inzwischen sehr verändert. Das oben beschriebene Hammerschmieden kommt in der Produktion nicht mehr vor. Statt dessen werden auch große Teile gepresst. Dies geschieht mit Drücken von bis 600 Tonnen z.B. bei Pkw oder bis zu 1600 Tonnen bei Lkw-Kurbelwellen. Immer größere Annäherung an das zu fertigende Stück erreicht man mit mehreren Schüben. Mit Stempeln aus Titan können bei Schmiedestücken auch Hohlräume und Bohrungen vorgesehen werden. Eingestreuter Kohlenstoff sorgt dafür, dass der Stempel auch wieder heil herauskommt.
Zur Erhöhung der Festigkeit können Schmiedestücke noch durch Walzen in die vorbestimmte Form gebracht werden. Ein Prozess nach dem nicht zu raschen Abkühlen kann das Glühen bei ca. 850°C mit Abschrecken durch Wasser sein. Dabei wird eine bestimmte Kristallstruktur im Metall gespeichert. Durch diesen Prozess evtl. entstehende Sprödigkeit, die Bruchgefahr bedeuten würde, wird durch Anlassen auf ca. 500°C und langsameres Abkühlen beseitigt. Jetzt ist das Schmiedeteil reif für die Endbearbeitung, z.B. Abdrehen auf ein Maß mit meist Hunderstel Millimeter Genauigkeit. 06/08



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