Für die thermische Ermüdungsbeständigkeit von H13-Warmarbeitsstahl gibt es umfassende industrielle Bewertungsstandards, anhand derer die Hochtemperaturbeständigkeit von Formen für die Aluminiumgussproduktion beurteilt wird.
Qualifizierter H13-Stahl für Gussformen hält mehr als 80.000 Heiß-Kalt-Wechselzyklen stand, ohne dass sich offensichtliche Oberflächenrisse ausbreiten.
Die Breite von thermischen Ermüdungsrissen bei qualifiziertem Formstahl wird nach 100.000 Simulationszyklen auf unter 0,05 mm begrenzt.
H13-Stahl für LPDC-Gussformen erfordert eine Ermüdungsstufe über Level 8, um den häufigen Wechsel zwischen Kalt- und Heißbetriebsbedingungen gerecht zu werden.
CPC-Gegendruckgussformen benötigen eine ultrahohe Ermüdungsbeständigkeit der Stufe 9, um den langfristigen Hochdruck- und Hochtemperaturbetrieb zu bewältigen.
H13-Stahl für Schwerkraftgussformen erfüllt aufgrund der milden Betriebsbedingungen die Produktionsanforderungen mit einer Ermüdungsstufe der Stufe 7.
Der Kalt-Warm-Zyklustest der Procast-CAE-Simulation kann das Ermüdungsverhalten des Stahls überprüfen, wobei die Abweichung gegenüber der tatsächlichen Produktion auf 4 % begrenzt ist.
Aluminiumfelgenformen aus H13-Stahl der Stufe 8 weisen eine um 20 % längere Lebensdauer auf als Formen aus Stahl der Stufe 7.
Dünnwandige Bereiche von Formen für EV-Karosserieteile erfordern eine höhere Ermüdungsfestigkeit, um lokale Rissbrüche bei Temperaturschwankungen zu vermeiden.
H13-Stahl mit unzureichender thermischer Ermüdungsbeständigkeit erhöht die Porosität und Schrumpfung der Gussform sowie die Fehlerquote durch Anhaftungen um 35 %.
Die Vakuumwärmebehandlung verbessert die thermische Ermüdungsbeständigkeit von H13-Stahl um 1–2 Stufen und erhöht damit die Hochtemperaturstabilität der Form erheblich.
Die Verifizierung durch Kalt-Warm-Zyklus-Tests bei Gussformen ist der endgültige Maßstab zur Bestätigung der Einhaltung der Ermüdungsleistung des Stahls.
Die thermische Ermüdungsbeständigkeit ist der zentrale Hochtemperatur-Leistungsindex von H13-Warmarbeitsstahl und bestimmt direkt die langfristige Lebensdauer von LPDC-Gussformen, Schwerkraftgussformen und CPC-Gegendruckgussformen. Bei der Herstellung von Aluminiumlegierungsgussteilen sind die Formen wiederholt dem Kontakt mit heißer Aluminiumschmelze und dem Kühlkreislauf bei niedrigen Temperaturen ausgesetzt, was zu einer Wechselbeanspruchung durch Kalt-Warm-Wechsel führt. In den einheitlichen industriellen Bewertungsklassen wird das Ermüdungsverhalten von H13-Stahl in die Stufen 7 bis 9 eingeteilt, entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Gussverfahren. Für Schwerkraftgussformen mit geringen Anforderungen kann Stahl der Stufe 7 stabil eingesetzt werden, während gängige LPDC-Gussformen für Aluminiumfelgen eine hohe Ermüdungsbeständigkeit der Stufe 8 erfordern. Hochwertige CPC-Formen und Formen für dünnwandige EV-Strukturteile müssen ultrahochermüdungsbeständigen Stahl der Stufe 9 verwenden, um ein vorzeitiges Versagen durch Rissbildung zu vermeiden. Die professionelle Procast-CAE-Simulation ermöglicht eine schnelle Überprüfung des Ermüdungsverhaltens bereits in der Konstruktionsphase mit hoher Simulationsgenauigkeit und geringer Fehlerquote. Eine standardmäßige Vakuumwärmebehandlung kann die thermische Ermüdungsfestigkeit von H13-Stahl deutlich verbessern und so die Rissbildung und -ausbreitung wirksam hemmen. Nicht qualifizierter Ermüdungsstahl führt in der Serienfertigung zu häufigen Oberflächenrissen, anhaftenden Formen und Porositäts- sowie Schrumpfungsfehlern an Gussformen, was die Gussausbeute verringert und die Wartungskosten für die Formen erhöht. Ein abschließender Test der Gussform unter Kalt-Warm-Wechselbeanspruchung stellt sicher, dass das Stahlmaterial der tatsächlichen Ermüdungsbelastung in der Produktion vollständig standhält.
Häufig gestellte Fragen
F1: Wie viele Kalt-Warm-Wechselzyklen hält qualifizierter H13-Stahl aus? A1: Mindestens 80.000 Zyklen ohne erkennbare Rissausbreitung.
F2: Wie groß ist die maximal zulässige Ermüdungsrissbreite? A2: Nach 100.000 Simulationszyklen auf unter 0,05 mm begrenzt.
F3: Welche Ermüdungsklasse benötigen gewöhnliche LPDC-Formen? A3: Thermische Ermüdungsklasse 8 für einen stabilen Langzeitbetrieb.
F4: Welche Güteklasse von H13-Stahl wird für CPC-Hochdruckformen verwendet? A4: Ultrahohe thermische Ermüdungsbeständigkeit der Klasse 9.
F5: Wie groß ist die Fehlerquote bei der CAE-Ermüdungssimulation? A5: Die Fehlerquote der Simulationsdaten wird streng auf unter 4 % begrenzt.
F6: Wie verbessert die Wärmebehandlung die Eigenschaften von H13-Stahl? A6: Die Ermüdungsfestigkeit wird um 1–2 Stufen erhöht, um die Hochtemperaturstabilität zu verbessern.
F7: Welche Fehler werden durch nicht qualifizierten Ermüdungsstahl verursacht? A7: Porosität, Schrumpfung und Klebefehler an der Form nehmen um 35 % zu.
