Schmieden vs. Schleifen

[Droppoint]

Ich weiss, das Thema ist im Forum schon mal gelaufen. Ich habe aber in der neuen Ausgabe des "Blade" Magazins einen Artikel von Ed Fowler gelesen. Dort preist er die Vorteile des In-Form-Schmiedens von Klingen gegenüber Stock-removal an. Nicht mit wissenschaftlichen Aussagen hinterlegt, sondern nach seiner Erfahrung, dass geschmiedete Klingen in der Performance besser seien.

Zwei Hauptthesen:

- je mehr man umformt, desto besser ist das Ergebnis. Also von Rundstahl zur Klinge ist besser, als von einem Flachstahl ausgehend

- je schneller geschmiedet, desto besser

immer vorausgesetzt, dass man schmiedetechnisch sauber arbeitet, also die Temperaturbereiche einhält und die Richtung beim Ausrecken sauber einhält.

Zur Verdeutlichung hat er eine Bohrung mittig in ein Stück mit rechteckigem Querschnitt gesetzt, quasi eine Sollbruchstelle erzeugt. Nach dem Recken und Ausschmieden war davon nur noch eine Haarlinie übrig, die prallel zur Schneide läuft und keine Bruchgefahr mehr darstellt. Dazu führt er dann aus, dass das möglicherweise generell mit mikroskopischen Verunreinigungen und Einschlüssen im Stahl passieren würde. Letztlich also die Qualität des Stahls durch das Schmieden homogenisiert und die Grain-Struktur verbessert würde.

Und jetzt die Frage an die Experten, ob es ähnliche Erfahrungen oder möglicherweise sogar wissenschaftlich belegbare Hinweise dazu gibt?

Gruß

Uli

 

[WernerPe]

Hi,

mit der heutigen Qualität von Monostählen ist das denke ich eher mehr eine Glaubensfrage ob geschmiedet oder geschliffen/gefräst besser sei. Bei längeren Klingen (Schwerter u.Ä.) glaube ich sogar, das durch das Schmieden und die darauf folgende WB für die Vorbereitung zum Härten eher Nachteile in der Gefügestruktur entstehen können.

Sicher folgt beim "sauberen" Schmieden die Stahlstruktur der Klinge, was eindeutig besser ist. Jedoch entstehen dadurch auch Spannungen und Gefügeveränderungen. Ob hier nun die Vorteile die Nachteile ausgleichen oder gar übertreffen kann ich nicht sagen, da gibt es sicher noch Meinungen von Spezialisten hier im Forum.

Ach ja - was das mit der Bohrung betrifft - ein rundes Loch leitet die Kräfte besser ab als ein Oval mit evtl. sogar spitzen Enden, weil sich dort die Kräfte konzentrieren und letztendlich mehr Schaden anrichten können.

Grüße, WP

 

[luftauge]

Na ich weis nicht recht...
Wirklich überzeugend ist diese Veranschaulichung mit der Erklärung dazu nicht. Klingt ziemlich "oldschool" und überholt, wenn man bedenkt, dass gegenwärtige Stähle fast "klinisch rein" hergestellt werden können.

Gruß Andreas

 

[AchimW]

Ed Fowler ist sicher ein toller Schmied und hat eine Menge Erfahrung. Ich mag den Kerl gerne und er macht gute Messer zu etwas unverständlichen Preisen.

Nur das alleine hilft leider aber nicht.

Wie Du schon sagst, sind die Aussagen nicht mit wissenschaftlichen Beweisen unterlegt und so lange das nicht der Fall ist, sind sie technisch auch nix wert. Meiner Erfahrung nach wird er auch große Probleme haben, solche Aussagen wissenschaftlich zu belegen.

Ein wichtiger Punkt und damit auch das große Problem in der ganzen Sache ist allerdings seine Art der Wärmebehandlung.

Er führt schon während des Schmiedens mehrfach ein scharfes Normalisieren bis hin zur vollständigen Härtung aus. Das sorgt für feines Korn bei der geschmiedeten Variante. Macht er das beim Verwenden von Flachstahl nicht, fällt ja auch das feine Korn weniger fein aus, fehlt in der WB und dementsprechend auch in der Qualität.

Zudem härtet er den von ihm ausschließlich verwendeten 100Cr6 nach dem Weichglühen nicht so, wie man das eigentlich nach den Vorschriften der Hersteller machen sollte.

Richtig wäre, einmalig nach einer Austenitisierungszeit von einigen Minuten zu härten. Fowler erwärmt aber lediglich die Schneide mit einem Brenner und schreckt direkt bei Erreichen der Härtetemperatur ab. Das wiederholt er dann drei mal im Abstand von 24 Stunden.

Warum er das drei mal machen muss, ist relativ klar: das Material wird niemals komplett austenitisiert, wie es sich gehört. Mit der Mehrfachhärtung verbessert sich dieser Zustand zusehends und man erreicht nach drei Durchgängen einen gut brauchbaren Status.

Die einzige positive Seite daran ist, dass man natürlich eine sehr zähe Klinge hat, weil der Rücken niemals Austenitisierungstemperatur erreicht. Ordentlich "nach Vorschrift" gemacht, kommt mit Sicherheit dennoch die bessere Klinge dabei raus.

Zusamnefassend: die von ihm als besser beschriebenen geschmiedeten Klingen können also durchaus besser sein. Aber nur weil sie während der WB auch anders behandelt wurden. Wie man so schön sagt: Äpfel mit Birnen verglichen.

Edit: den Teil mit der Bohrung hatte ich gar nicht richtig gelesen.

"Nach dem Recken und Ausschmieden war davon nur noch eine Haarlinie übrig, die prallel zur Schneide läuft und keine Bruchgefahr mehr darstellt."

Echt ein toller Witz. Wenn das keine Schwachstelle ist, was ist es dann? Die hat er durch das Schmieden dann auch noch ordentlich vergrößert.

 

[Droppoint]

Vielen Dank Achim, das bringt helles Licht ins dunkle Gefilde dieses Schmiedemythos. Sehr interessant für mich auch die Erklärung für den "triple- quench" von Fowler.

Gruß

Uli

 

[luftauge]

Edit: den Teil mit der Bohrung hatte ich gar nicht richtig gelesen.
...
Echt ein toller Witz. Wenn das keine Schwachstelle ist, was ist es dann? Die hat er durch das Schmieden dann auch noch ordentlich vergrößert.

Darüber bin ich auch gestolpert, allerdings weniger von einer Schwachstelle ausgehend, sondern vom Vergleich an sich.

Ich schmiede nicht und mache auch keine Gefügeuntersuchungen, aber ich stehe auf Plausibiliätstskizzen oder -modelle. Das, was er da erklärt, ist nicht plausibel, aber es liest sich gut. Das passt eher zu der althergebrachten Methode vom "Austreiben des Schwefels und Phosphor" um den Stahl zu reinigen.

Das gewählte Bohrungs-Modell passt nicht zur Aussage mit den "Mikroverunreinigungen". Steht in diesem Artikel auch, was er damit meint, oder ist das nur ein Schlagwort im Artikel ?

Gruß Andreas

 

[Droppoint]

Da habe ich mich vielleicht undeutlich ausgedrückt.

Das mit der Bohrung ist wohl auch nur zur Veranschauung darbgestellt.
Die Verunreinigungen stellt er sich auch als sehr kleine runde "Blasen" im Ausgangsmaterial vor, die durch den Schmiedevorgang ebenfalls gestreckt und so besser im Gefüge verteilt werden.

Ich hoffe, dass es etwas verständlicher geworden ist.

Gruß

Uli

 

[daenou]

Das gewählte Bohrungs-Modell passt nicht zur Aussage mit den "Mikroverunreinigungen".

Ich stelle mir vor, dass er damit das Schwächen einer Klinge simulieren will. Wenn Du das gebohrte Loch in der Klinge drin lässt und nur mit Stock Removal die Form herausarbeitest, dann wird das fertige Produkt beim Loch brechen. natürlich nur, wenn Du kräftig hebelst.
Bei seinem geschmiedeten Endprodukt wird das nicht passieren, dafür könnte natürlich die Klinge der Länge nach zerlegt werden.
Dasselbe Denkmodell passt nun gut zu vielen kleinen 'Löchern', sprich Mikroverunreinigungen.

Ich denke schon dass dies gut illustriert, was der Vorteil von Schmieden sein könnte. M.W. werden stark beanspruchte Teile wie z.B. Turbinenschaufeln im Flugzuegbau auch heute noch geschmiedet, nicht gefräst.

 

[AchimW]

Also tut mir Leid, aber das ist gelinde ausgedrückt haarsträubender Unfug, der ausschließlich der Werbung dienen soll. Typisch amerikanisch halt. Die Kraftausdrücke, die ich in Wirklichkeit dazu geäußert habe, als ich das gelesen habe, darf ich hier leider nicht schreiben.

Wir reden hier immerhin von Wälzlagerstahl. Fowler schmiedet ausschließlich 52100 = 1.3505!

Diese Stähle werden in sauberst möglicher Form hergestellt, um Probleme wie Ausbrüche in den Lagern, die ja Millionen und Milliarden von umdrehungen aushalten müssen, zu vermeiden. Die Lager werden aber meist nicht geschmiedet sondern aus Rundmaterial gedreht. Und die sind also von so mieser Qualität, dass da Löcher drin sind?

Nicht vergessen sollte man auch, dass das Material, bevor Ed es als Stab oder Lagerkugel bekommt, schon sehr weit verformt wurde. Die Kugeln werden ja nicht einzeln gegossen, sondern kommen als tonnenschwere Bramme auf die Welt. Die wird dann erst heruntergeschmiedet und dann zu Stäben gewalzt. Der Umformungsgrad dabei ist enorm und das bisschen Umformen durch Schmieden fällt danach kaum noch ins Gewicht.

Ich habe eine Menge mikroskopischer Fotos von fertigen Werkzeugstählen gesehen und ich kann nur sagen, dass die darin enthaltenen Verunreinigungen so klein und so fest sind, dass sie eher die Tendenz haben, fortgetragen zu werden als sich zu verformen.

So was wie Löcher gibt es in diesen Stählen nicht, wenn sie korrekt gefertigt sind.

Und, daenou, Turbinenschaufeln werden heutzutage auch gegossen (Stichwort Einkristall).

 

[luftauge]

@droppoint:
Ja, das ist soweit schon klar gewesen
Das Plausibilitäts"problem" ist nur, dass rund um die Bohrung ein und dasselbe Material ist, was mit sich selbst verschweißt wird. Sollte da tatsächlich so etwas, wie ein Fremdstoff vorhanden sein, würde er ja nur "verdünnt", bzw. verteilt. Da hier im Modell aber nur Luft ist, ist anzunehmen, das diese komplett verdrängt wird.

Ich fände das Bohrungs-Modell passender, wenn er in den 100Cr6 einen Wälzkörper aus 100Cr2 oder meinetwegen Baustahl eingesetzt hätte, um die Theorie sicherer zu machen. Legierungsbestandteile sind ja strengenommen nichts anderes als Verunreinigungen, nur dass sie gewollt sind, um die physikalischen Eigenschaften im Gegensatz zum "Reinmaterial" zu verbessern.

@daenou:
Es gibt verschiedene Herstellungsverfahren für Turbinenschaufeln, auch bei Flugzeugtriebwerken werden teilweise verschiedene Methoden für eine Art Schaufel verwandt. "Monokristall", gießen, gesenkschmieden, fräsen, schleifen, auf(trag)erodieren, reibschweißen... - allein wegen der komplizierten Form.

Wenn da nachweisbare Verunreinigungen im Mikrobereich enthalten sind, müssen die komplett raus, "verdünnen" oder verteilen reicht nicht. Bedeutet also, mikroverunreinigtes Material fällt bei korrekter Materialprüfung in die Tonne, weil gerade das die Gefahrenquellen sind.

Gruß Andreas

 

[Headshrinker]

Zunächst, als Schmiedelaie interessiert mich sowas sehr! Danke v.a. Achim für die Erklärungen zu WB und Stahlherstellung.
Ed Fowler macht sicher keine schlechten Messer, seinen Knife Talk hab ich immer gern gelesen. Vieles muss man halt mit einem Augenzwinkern sehen.
Ob seine Art der Veranschaulichung und Argumentation jetzt typisch amerikanisch ist, kann ich nicht beurteilen. Dass die Sache mit dem Loch nicht wirklich passend ist, um die Vorteile des Schmiedens herauszustellen, hatte ich mir gleich gedacht. Achim, natürlich hat der Stahl normalerweise keine Löcher, so meinte Fowler das bestimmt auch nicht.

Ich finde, das ganze ist ein schönes Beispiel dafür, dass man sich immer klar machen muss: Modelle sind Modelle für etwas, nicht von etwas. Heißt, Modelle zeigen idR. nicht die Realität. Leider wird das bei Darstellungen oft vernachlässigt, in BILD-Grafiken genauso wie in wissenschaftlichen Lehrwerken. Klassisch: das Bohrsche Atommodell, oder im täglichen Gebrauch: das Netz, vernetzen etc. Naja, das nur dazu.

Macht weiter! Ich find das spannend und lehrreich!

 

[El Dirko]

Habe ich was verpasst und Stahlplatten kommen nicht mehr aus einem Walzwerk?

Könnte es sein das so ein Walzwerk den Stahl "etwas" schneller und auch "etwas" stärker umformt als Herr Fowler beim schmieden?

Vor dem Hintergrund kann ich seine Aussage nicht wirklich nachvollziehen, kläre mich bitte mal jemand auf, danke.

Gruß
El


PS: Siemens fräst seine Turbienenschaufeln teilweise aus dem vollen, was schweineteuer ist.

 

[AchimW]

Habe ich was verpasst und Stahlplatten kommen nicht mehr aus einem Walzwerk?

Könnte es sein das so ein Walzwerk den Stahl "etwas" schneller und auch "etwas" stärker umformt als Herr Fowler beim schmieden?

Siehe auch schon meinen Beitrag weiter oben. Das ist 100 % richtig.

 

[Der_Schnitter]

Ein platt geschmiededes Loch ist der blanke Horror. Die Materialunterbrechung ist viel größer (in eine Dimension wird das Loch ha viel länger) und die Kerbzahl steigt von 2 auf etwa 20, damit ist klar, von wo aus die Risse auch bei Dauerermüdung ausgehen.
In die andere Dimension, parallel zu dem langgestreckten Loch gibt es bei "normalen" Anwendungen auch immer mehrdimensionale Spannungen, die das dann eben wenn nicht über Zugspannungen, so doch über Schubspannungen kleinkriegen.

 

[U. Gerfin]

Dichtung und Wahrheit !.

Wenn man sich klar macht, was beim Schmieden geschieht, kann man sich die Frage nach den Vorteilen-Nachteilen des Schmiedens oder Schleifens selbst beantworten.

Die Behauptung, Schmieden sei die bessere Technik, stammt aus der Zeit, als Stähle noch nicht mit der heute selbstverständlichen Sauberkeit hergestellt werden konnten.

In einem anderen thread hatten wir vor kurzem die Eigenschaften von Puddelstahl angesprochen.
Um es kurz zu machen: Puddelstähle/Rennfeuerstähle enthalten relativ viele Einschlüsse, meistens Silikate o.ä.
Diese liegen wie Fremdkörper im Stahl, werden beim Schmieden/Walzen oder was auch immer in die Verformungsrichtung mitgestreckt und liegen grob gesagt, wie faserige Fäden im Stahl.

In der Längsrichtung stören sie den Zusammenhang des Gefüges nur wenig, in der Querrichtung deutlich mehr.
Ein Teil dieser Einschlüsse kann durch kräftiges Überschmieden bei hoher Temperatur entfernt werden, sie werden bildlich gesprochen ausgequetscht.
Zugleich werden sie zerkleinert und homogener verteilt.

Stähle mit solchen faserigen Einschlüssen werden also durch kräftiges, vielfaches Verformen und Verschweißen erheblich verbessert.
Da beißt die Maus keinen Faden ab.

Derartig mit Einschlüssen belastete Stähle sind heute (hoffentlich!) nicht mehr im Handel-sie dürften es jedenfalls nicht sein.

Eine zweite Ursache unbefriedigender Stahlqualität kann die innere Struktur sein. Im Matrixkorn grobkörnige Stähle sind spröde.
Bei übereutektoidischen Stählen können auch die Karbide grob und schlimmstenfalls als Netzwerk um die Matrixkörner angeordnet sein.

Dieser unersprießliche Zustand lässt sich durch Schmieden/Walzen oder allgemein ausgedrückt durch geeignete thermomechanische Behandlungen beseitigen.

Das ist aber nun wahrhaftig kein Geheimnis, sondern seit mehr als hundert Jahren allgemein bekanntes Ingenieurwissen.

Man kann also getrost davon ausgehen, daß in den Stahlwerken sauber erschmolzen und desoxidiert wird-natürlich nur im Rahmen wirtschaftlicher Vernunft- und daß das Gußgefüge durch durchgreifende Verformung bei exakt eingehaltenen Temperaturen verfeinert wird.

Bei Wälzlagerstählen hat man aus den schon von Achim genannten Gründen von jeher auf sauberste Herstellung-etwa durch das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren- Wert gelegt.
Die Auswirkung kann man an Gefügeaufnahmen deutlich sehen. In Romans Buch sind Gefügeaufnahmen eines Werkzeugstahls-einmal in Normalqualität, einmal in Wälzlagerqualität- gegenübergestellt. Der legierungsgleiche Wälzlagerstahl ist dem Werkzeugstahl an Kornfeinheit und Homogenität eindeutig überlegen.

Die Behauptung, moderne Stähle hoher Qualität ließen sich durch Schmieden noch verbessern, sollte man also mit großer Skepsis sehen.

Ganz auszuschließen ist es aber-gerade in Sonderfällen-nicht.
Auch heute gibt es Stähle mit ausgeprägter Faserstruktur, nämlich die Ledeburitstähle, soweit sie nicht im PM-Verfahren hergestellt wurden.
Sie können schmiedetechnisch so gestaltet werden, daß der unvermeidliche Faserverlauf der Form folgt, die "Faser" also nicht geschnitten wird. Daraus können sich deutliche Stabilitätsvorteile ergeben.

Durch gekonnte thermomechanische Behandlungen kann man auch versuchen, in Bereiche der Kornfeinung vorzudringen, die im Stahlwerk aus wirtschaftlichen Gründen nicht erreicht werden.
Schmieden bei richtiger Temperatur und mit ausreichender Verformung k a n n die Struktur über das Übliche hinaus verfeinern. Man muß in diesem Zusammenhang in Betracht ziehen, daß unsere kleinen Teile beim Schmieden nicht nur verformt, sondern durch das Temperaturpendeln vielfach umgekörnt werden.
Das ist also m ö g l i c h. Leichter ist es allerdings, einen vom Stahlwerk richtig eingestellten Stahl durch Überhitzung, ungleichmäßige Erhitzung, nicht ausreichende Verformung, Entkohlung u.ä. zu verschlechtern.

Fazit: Verbesserung faseriger Stähle mit Fremdeinschlüssen durch Schmieden-unbedingt.
Verbesserung von Stählen mit längs verformten Karbidstrukturen-wenn man es kann- ja., wobei nicht eigentlich der Stahl verbessert wird, die Werkzeugform vielmehr nur der Struktur besser angepasst wird.
Verbesserung ohnehin guter Stähle-vom Könner im noch spürbaren Umfang möglich, aber risikobelastet.

Freundliche Grüße

U. Gerfin

 

[AchimW]

Schmieden bei richtiger Temperatur und mit ausreichender Verformung k a n n die Struktur über das Übliche hinaus verfeinern. Man muß in diesem Zusammenhang in Betracht ziehen, daß unsere kleinen Teile beim Schmieden nicht nur verformt, sondern durch das Temperaturpendeln vielfach umgekörnt werden.

Nur brauche ich dazu nicht zu schmieden, sondern kann das mit thermischer Behandlung alleine auch erreichen. Wie Du schon richtig bemerkst, das Pendeln ist der wichtige Vorgang.

Ansonsten warten wir mal, ob uns ein Amerikaner zeigen kann, wie er die Löcher im 1.3505 zuschmiedet.