borstähle

Beschreibung
Der Begriff Borstahl ist ein Überbegriff, der eine Familie niedriglegierter Vergütungsstähle definiert.
Die Untersuchungen dieser Stähle haben während des zweiten Weltkriegs begonnen und erlebten einen bemerkenswerten Aufschwung während der fünfziger Jahre anlässlich der Krise, die aufgrund der Kriegsereignisse beim Erhalt von kostbaren Elementen entstanden war und das Auffinden von alternativen Elementen zu den teueren Legierungen notwendig machte.
Der Borstahl hat sich nach vielen Jahren der Erforschung erst durch die Einführung neuer und fortschrittlicher Eisenhüttentechnik in den Siebziger- und Achtzigerjahren behaupten können. Heute kommt diesem Stahl auf dem Vergütungsstahlmarkt eine besondere Bedeutung zu.


Anwendungsbereich
Die Anwendungsbereiche der Borstähle sind verschieden und hängen stark von den Eigenschaften des Bors ab. In kleinen Mengen beigemischt (man nennt diese Stähle auch „niedriglegierte Borstähle") erreicht man bei nur geringem Ansteigen der Produktionskosten einen beträchtlichen Anstieg der Durchhärtbarkeit bei niedriglegierten Kohlenstoffstählen.
Im Allgemeinen werden Borstähle in denselben Bereichen verwendet wie Vergütungsstähle, z.B. für Federn (insbesondere mit Silizium), und in geringerem Maße auch Einsatzstähle.
Neben dem Schraubenbereich sind sie auch in landwirtschaftlichen Maschinen für Verschleißteile wie Ketten, Zahnräder oder andere mechanische Teile ausführlich eingesetzt.
Durch seine Umweltverträglichkeit -weil in Wasser und nicht in Öl gehärtet- hat dieser Stahl im Bereich der landwirtschaftlichen Hacken und andere Werkzeuge aus Siliziumstahl abgelöst und auch in der Herstellung von Gabeln für Gabelstapler hat der Borstahl durch seine große Flexibilität und Zuverlässigkeit überzeugt.
Abschließend muß gesagt werden, daß die Bezeichnung "Alternativstahl" dem Borstahl nicht mehr gerecht wird: diese Stahlsorte hat ihre deutlichen Vorzüge, eine ausgereifte Produktionstechnik und dank ihrer Zuverlässigkeit einen breitgefächerten Anwendungsbereich.


Einsatzbedingungen
Da der Einsatzbereich für die Borstähle sich mit jenem der Vergütungsstähle deckt, gelten hier grundsätzlich dieselben Überlegungen, d.h. auch in diesem Fall erzielt man die besten Ergebnisse im wärmebehandelten, und zwar im vergüteten Zustand.


Der "Bor"-Effekt
In geringen Mengen (normalerweise zwischen 10 und 50 ppm) beigemischt hat Bor die Eigenschaft, die Durchhärtbarkeit eines Stahls gegenüber einem Stahl gleicher Zusammensetzung jedoch ohne Bor deutlich zu steigern. Diese Wechselwirkung zwischen dem Bor und dem Ansteigen der Durchhärtbarkeit kann nach der Grossmann Methode (vgl. Norm ASTM A255-89) gemessen werden. Setzt man nach dieser Methode die Variablen für die ideale Stärke (IS) eines Stahlstabs mit 50%-Martensitgefüge nach (idealer) Einhärtung in eine Gleichung ein erhält man für den Bor-Faktor (BF):

Der Bor-Faktor ist indirekt proportional zum Kohlenstoffgehalt im Stahl, das heißt je unedler der Stahl, desto größer der Wirkungsgrad des Bors. Setzen wir die Variablen für einen Stahl vom Typ 30MCB5 in die Gleichung ein, erhalten wir einen BF-Wert von 1.7 min.
Der Wirkungsgrad des Bors beruht auf seine ungebundenen Teile (lösliches Bor), die als Gase -hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff- im Stahl enthalten sind.
Die Herstellungstechnologie sorgt dafür durch den Einsatz bestimmter Inhibitoren für Stick- und Sauerstoff (N2 und O2), d.h. Titanium oder Aluminium.
Auch diese Metalle sind, wenn auch nur in geringstem Maße (0,030% des Gesamtgewichts), im Stahl enthalten.


Mechanische Verarbeitbarkeit
Im "gewalzten" Zustand unterscheiden sich Borstahl und normaler Stahl kaum in ihrer Härte.
Stahl vom Typ 30MCB5 hat im Rohzustand eine Härte von R=650-700 N/mm2, im vergüteten Zustand (wassergehärtet bei 860°C und angelassen bei 550°C) ist die Härte R=ca.900 N/mm2 (bei Ø von 40 mm). Bei niedrigeren Anlaßtemperaturen (ca. 220°C) erhält man Werte von R=ca.1500-1700 N/mm2 (bei Ø von 40 mm).


Festigkeit
Vergütungsborstähle verfügen über eine ausgezeichnete Sprödbruchfestigkeit und die Elastizität des (bei ca. 600°C angelassen) vergüteten Borstahls vom Typ 30MCB5 liegt auch bei einer Temperatur von -20°C weit über 27J (KV). Bei niedrigeren Anlaßtemperaturen ist dieser Elastizitätswert bei Temperaturen von +20°C gewährleistet.


Schweißbarkeit
In der Schweißbarkeit entspricht der Borstahl in seinen Eigenschaften dem Grundstahl.


Schmieden und Wärmebehandlung
Die Schmiedetemperatur muß zwischen 900°C und 1200°C liegen, jedoch sollte diese Temperatur so kurz als möglich beibehalten werden, um zu vermeiden, daß das Bor seine positiven Eigenschaften verliert. Zur Härtung des Borstahls kann man sich normalerweise die Schmiedetemperatur zunutze machen, wobei das Härtungsmittel (im Normalfall Wasser) eine konstante Temperatur haben sollte.
Die Auswahl der Anlaßtemperatur hängt stark von den gewünschten mechanischen Eigenschaften des Endproduktes ab: bei Temperaturen zwischen 180°C und 220°C erhält man die höchsten Widerstandswerte. Bei Temperaturen zwischen 450°C und 550°C hingegen steigt die Bruchfestigkeit, während sich die Widerstandskraft etwas verringert.


Weichglühen
Durch die guten Kaltverarbeitungseigenschaften des Borstahls in seiner Rohform ist das Glühen in den meisten Fällen nicht erforderlich. Für anspruchsvolle Formgebung im Kaltzustand empfiehlt sich ein Glühen von ca. 6 bis 8 Stunden, das dem Stahl eine Härte von ca. 150 HB verleiht.


Abschluß
Der Borstahl stellt die optimale Lösung für ein qualitativ hochstehendes und gleichzeitig kostengünstiges Produkt dar.