Fallgeschichte: Aufhängungsarm aus ADI-Stahl

Beispiel einer Schweißverbindung zwischen austemperiertem Sphäroguss (EN-JS-1050) und Baustahl (42CrMo4 Q&T)

In dieser Fallgeschichte beschreiben wir einen Aufhängungsarm, der durch eine Schweißverbindung zwischen Gusseisen mit Kugelgraphit (EN-JS-1050) und Baustahl (42CrMo4 Q&T) für unseren Kunden Streparava erhalten wurde. Der Aufhängungsarm wird im Allgemeinen für Fahrzeuge im Automobilbereich verwendet und stellt insbesondere ein Schlüsselelement für das Vorderradaufhängungssystem dar.

Anwendungsmerkmale und Vorteile des ADI-Stahl-Hybridaufhängungsarm

Der Aufhängungsarm wird aufgrund der besonderen Verbindung durch Schweißen von zwei unterschiedlichen Materialien, die typischerweise nicht mit diesem Verfahren verbunden werden, als Hybrid bezeichnet. Tatsächlich wurde ein 42CrMo4 + Q & T-Stahlstift an die ADI1050-Armstruktur geschweißt, der erforderlich ist, um das Aufhängungssystem am Rahmen eines High-End-Top-Autos zu verankern.

Der Endkunde hat die Möglichkeit eröffnet, Technologie und Produktionsprozess zu ändern, um vor allem die Kosten zu senken, die aufgrund einer komplexen Lieferkette und der Herstellungskomplexität der Geometrie des Bauteils durch Schmieden zuvor hoch waren. Der Kunde strebte außerdem an, ein leichteres Bauteil zu erhalten, um die Auswirkungen auf Verbrauch und Emissionen bei gleichen strukturellen Anforderungen zu reduzieren. Neben den oben beschriebenen Vorteilen ermöglichte die ADI-Stahl-Hybridlösung auch die Einhaltung der für diese Art von Anwendung erforderlichen Sicherheitsanforderungen. Die Ausgangskomponente war ein monolithisch geschmiedeter 38MnVS6-Stahl, der bearbeitet wurde. Dank der Experimente, die zusammen mit der Universität Padua und dem italienischen Institut für Schweißen in Genua an Hybridschweißverbindungen durchgeführt wurden, die mit der Entwicklung des Hybridschweißverfahrens verbunden waren, war es möglich, neue Konstruktionswerkzeuge zu definieren, die für die Schaffung eines neuen Hybrid-Aufhängungsarm aus ADI-Stahl geeignet waren (Abbildung 1).

Braccio fuso in EN-JS/1050-6 EN-1564 | EN-JS/1050-6 EN-1564 cast arm | Arm gegossen aus EN-JS/1050-6 EN-1564

Abbildung 1

Ausgangsmaterial 38MnVS6+Q&T für geschmiedete Lösung

Material

Rp0,2

Ermüdungsgrenze
σAG; PS50%

38MnVS6

550 MPa

850 MPa

&lt 30

≈380

Separat gegossenes Reagenzglas – Nach DIN EN 10267

Neue Hybridlösung aus geschweißtem Gusseisen EN-JS/1050-6 und geschmiedetem Stift aus 42CrMo4 Q&T

Material

Rp0,2

Ermüdungsgrenze
σAG; PS50%

EN-JS/1050-6 EN-1564

700 MPa

1050 MPa

320-380

440

42CrMo4 Q&T UNI-EN-10083

650 MPa

900-1100 MPa

12%

≈300

430

Separat gegossenes Reagenzglas – Dicke &lt 30mm

Die Vorteile von ADI-Gusseisen für einen Aufhängungsarm im Automobilsektor

Die Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit ermöglichte die Annahme noch komplexerer Geometrien als die des ursprünglichen Schmiedestücks, wodurch die Ausnutzung des Materials in Bezug auf die verfügbaren Konstruktionsvolumina maximiert wurde (Net-to-Shape, typisches Merkmal von Gusseisenguss) und auch die Schaffung von Fenstern und Lichtöffnungen dank des Gusseisengussverfahrens – realisiert werden konnte.

Abbildung 2

Berücksichtigt man auch das geringere spezifische Gewicht von Gusseisen (etwa 10 % niedriger als das von Stahl), hat das Bauteil bei gleichen Betriebsanforderungen eine Eigengewichtsreduzierung erzielt, die es insgesamt ermöglicht hat, eine Gesamtgewichtsersparnis zu erzielen, d.h. von bisher 12 kg auf 10,5 kg.

Das einzige Element, das aus Sicherheitsgründen aus Stahl geblieben ist, ist der Stift, mit dem der Arm am Rahmen befestigen wird.

Die ADI-Stahl-Hybridlösung hat alle Prüfstandstests bestanden, die für die Validierung des Bauteils erforderlich sind.

Bisher waren an der für die Demonstration der technologischen Machbarkeit verwendeten Prototypversion 4 Partner beteiligt, an der Standardversion könnten möglicherweise nur Zanardi Fonderie S.p.a und Streparava beteiligt sein.

Vergleich zwischen Stahl und Gusseisen: die Vereinigung der Fähigkeiten für die Prototypen des Hybrid-Aufhängungsarms

Für die Realisierung der Prototypen des ADI-Stahl-Aufhängungsarms für den Automobilsektor hat Zanardi Fonderie von Anfang an die Fonderie Baraldi S.r.l. aus Montagnana für die Realisierung des Gussbauteils involviert. Die Prototypen wurden dann einer Härtebehandlung unterzogen, um den von Zanardi Fonderie S.p.A. geforderten ADI-Grad zu erhalten. Anschließend führte der Kunde, Streparava S.p.A., Eigentümer des Projekts, selbstständig alle erforderlichen mechanischen Bearbeitungen und das Einsetzen des Stifts in den entsprechenden Sitz, der am Arm selbst erhalten wurde, sowie die anschließenden mechanischen Ermüdungstests für die Validierung der Komponente durch. Schließlich hat Costruzioni Generali S.r.l. nach einigen Überprüfungstests der in Tabelle 2 gezeigten Schweißparameter die hybride Eckschweißverbindung mit teilweiser Durchdringung hergestellt, um die Unlösbarkeit der Verbindung mit Redundanz sicherzustellen.