Verwendung einer Stahllegieruna als Werkstoff zur Herstelluna von dickwandigen Rohrbauteilen für Kraftfahrzeuge Drehmomente übertragende Bauteile in Kraftfahrzeugen, wie Antriebswellen, Getriebewellen, Nockenwellen und andere stark beanspruchte Bauteile, wie z. B. Fahrwerksstabilisatoren und Dämpferkolbenstangen sind in der Regel aus Vollmaterial hergestellt. Bei Antriebswellen, welche die Motorleistung auf die Räder eines Kraftfahrzeugs übertragen, entstehen Drehmomente von bis zu 2000 Nm. Gleichzeitig sind Antriebswellen leicht zu Schwingungen anregbar.

Antriebswellen aus Vollmaterial sind zwar relativ günstig in der Herstellung, sie besitzen allerdings eine sehr tiefe erste Biegeeigenfrequenz und ein als beson- ders nachteilig angesehenes hohes Gewicht. Zur Gewichtsreduzierung sind hohl gebohrte Wellen bekannt. Problematisch ist die Werkstoffauswahl, da ein möglichst kostengünstiger Einsatz alternativer Materialien hinreichender Festigkeit angestrebt wird. Weil eine Vergrößerung des Durchmessers der An- triebswellen aufgrund des engen Bauraums in einem Kraftfahrzeug nicht in- frage kommt, scheiden Werkstoffe geringer Festigkeit ohnehin aus.

Auch bei Nockenwellen zählt es mittlerweise zum Stand der Technik, Voliguss- wellen durch sogenannte gebaute Nockenwellen zu ersetzen und auf diese Weise Gewichtseinsparungen von 25 % bis 40 % zu erzielen.

Auch Fahrwerkstabilisatoren in Rohrbauweise sind bekannt, wobei jedoch die Werkstoffauslastung auf ein bislang in der Automobilindustrie unerreichtes, im Vergleich zu Rohrstabilisatoren aus Vollmaterial auf ein 40 % höheres Span- nungsnivenau angehoben werden muss. Gewichtsvorteile im zweistelligen Pro- zentbereich können erreicht werden.

Rohre für Hohlwellen werden in der Regel aus wasserhärtbaren Vergütungs- stählen, z. B. aus 34 MnB5 hergestellt. Derartige Rohre nach DIN 2393 oder DIN 2394 werden im normal-oder weichgeglühten Zustand meist durch Rund- kneten umgeformt. Es schließt sich eine Wärmebehandlung (Wasservergüten) an. Schließlich erfolgt die Fertigbearbeitung. Das Anlagenkonzept für derartig hergestellte Rohre aus wasserverhärtbaren Vergütungsstählen mit den Verfah- rensschritten Härten, Wasserabschreckung, Anlassen, ist relativ aufwändig und daher störanfällig. Die dem Härten folgende Wasserabschreckung ist zudem mit dem Nachteil behaftet, dass sehr hohe Eigenspannungen induziert werden, die zu einem Härteverzug des Werkstücks führen können. Ein nachträgliches Richten und gegebenenfalls eine mechanische Nachbearbeitung geometrisch kritischer Bereiche wird dadurch unumgänglich. Bei rotierenden Bauteilen führt ein Verzug oder eine Abweichung der Bauteilgeometrie zudem zu einer Schwingung erregenden Unwucht. Bedingt durch die Art der Wärmebehand- lung kommt es auch zu einer unerwünschten Verzunderung der behandelten Bauteilbereiche. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Wärmebehandlung an hoch kohlenstoffhaltigen Stählen wie z. B. 34 MnB5 immer zu einer hohen Härte und einer Abnahme der Festigkeit führt, wodurch ein nachträgliches Anlassen zwin- gend notwendig ist. Die Spannungen innerhalb der Rohrbauteile führen zudem zu Spannungspitzen, die ursächlich für eine Rissbildung sein können, die letzt- endlich zum Versagen der Rohrbauteile in der Praxis führen. Eine Rissbildung kann selbstverständlich nicht durch eine nachträgliche Wärmebehandlung rückgängig gemacht werden. Es ist daher eine relativ aufwändige Qualitäts- sicherung und strenge Aussortierung von Fehlteilen erforderlich.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegie- rung zur Verwendung als Werkstoff zur Herstellung von dickwandigen Rohr- bauteilen für Kraftfahrzeuge aufzuzeigen, welche bei gegenüber bislang ver- wendeten Werkstoffen eine höhere Festigkeit, eine bessere Verformbarkeit und eine vereinfachte Wärmebehandlung ermöglicht, um auf diese Weise dickwan- dige Rohrbauteile einfacher und kostengünstiger herstellen zu können.

Die Aufgabe wird durch die Verwendung einer Stahllegierung mit den Merkma- len der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Die Verwendung der vorgeschlagenen Stahllegierung ist insbesondere auf- grund der wesentlich einfacheren Wärmebehandlung hervorragend zur Errei- chung der gewünschten Bauteilfestigkeit geeignet, und erfüllt insgesamt die in der Aufgabenstellung genannten Anforderungen. Der beschriebenen Stalle- gierung liegt ein Legierungskonzept zugrunde, das eine Lufthärtung oder Luft- vergütung ermöglicht. Eine bislang erforderliche Wasserabschreckung entfällt ersatzlos. Eine Luftabkühlung der dickwandigen Rohrbauteile nach dem Härten führt im Gegensatz zu einer Wasserabschreckung zu weniger hohen Eigen- spannung innerhalb der Rohrbauteile, so dass es gegebenenfalls sogar mög- lich ist, auf das bislang erforderliche nachträgliche Anlassen der Werkstücke zu verzichten. Bei geeigneter Temperaturführung können nachfolgende Richt-und Bearbeitungsvorgänge weitgehend eingeschränkt werden. Auch der Grad der Verzunderung ist bei luftgehärteten oder luftvergüteten Rohrbauteilen deutlich geringer als bei einer Wasserabschreckung. Eine Verzunderung kann unter Schutzgasatmosphäre sogar gänzlich vermieden werden.

Der anlagetechnische Aufwand zur Fertigung von dickwandigen Rohrbauteilen kann infolge der Verwendung der vorgeschlagenen Stahllegierung um ein er- hebliches Maß reduziert werden. Da durch die Reduzierung der notwendigen Verfahrensschritte mögliche Fehlerquellen eliminiert werden, ist der gesamte Herstellungsprozess weniger störungsanfällig. Im Ergebnis kann hierdurch ein höherer Qualitätsstandard sichergestellt werden.

Die geringeren Eigenspannungen innerhalb der Rohrbauteile führen gegenüber wasservergütbaren Stählen weit weniger zu einer Reduktion der Zähigkeit. Die Verbesserung der Zähigkeit sowie die Reduzierung der Kerbempfindlichkeit erlaubt größere fertigungstechnische Toleranzen und damit eine einfachere Verfahrensführung, die in besseren konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten resultiert. Die größere Plastifizierbarkeit der verwendeten Stahilegierungen macht bei der Wärmebehandlung entstehende Risse an fertigungsbedingten kritischen Stellen weitaus weniger wahrscheinlich, was sich in einer niedrigeren Ausschussrate der Rohrbauteile wiederspiegelt, bzw. den Aufwand für die Fer- tigung der Rohre, insbesondere hinsichtlich der Prüfschärfe verringert. Zusam- menfassend sind dickwandige Rohrbauteile für Kraftfahrzeuge unter Verwen- dung der vorgeschlagenen Stahllegierungen aufgrund der daraus resultieren- den fertigungstechnischen Vorteile wesentlich günstiger herzustellen als ver- gleichbare Rohrbauteile aus bislang verwendeten Stahilegierungen insbeson- dere aus wasservergütbaren Stahliegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt.

Die unter Verwendung der beanspruchten Stahllegierung hergestellten Rohr- bauteile besitzen zudem bessere Schwingfestigkeiten als vergleichbare Rohr- bauteile aus anderen Stahllegierungen. Ferner ist aufgrund des niedrigeren Kohlenstoffgehalts eine bessere Verformbarkeit möglich, z. B. durch Rundkne- ten im weichgeglühten Zustand.

Es ist bekannt, dass geringste Stickstoffgehalte nachhaltig die mechanischen Eigenschaften eines Stahls schädigen, Streckgrenze und Festigkeit erhöhen, das Verformungsvermögen und die Kerbschlagzähigkeit stark herabsetzen sowie gleichzeitig eine alternde Wirkung auf den Stahl besitzen. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass die gezielte Zugabe von Stickstoff <BR> <BR> zur Bildung von Vanadium (-carbo) -Nitriden führt, die ausgesprochen positive Eigenschaften auf die verwendete Stahllegierung und für die erfindungsgemäße Verwendung der Stahllegierung haben. Die durch gezielte Zugabe von Stickstoff gebildeten Vanadium (-carbo)-Nitride leisten einen Beitrag zur Ausscheidungsverfestigung und Kornfeinung. Dabei hat sich gezeigt, dass bei Massenanteilen des Stickstoffs in einem Bereich von 0,005 % und 0,05 % einerseits genügend Carbonitride gebildet werden und andererseits der Stickstoff hinreichend durch Vanadium gebunden wird.

Dickwandige Rohrbauteile im Sinne der Erfindung sind solche, bei denen das Verhältnis des Außendurchmessers (AD) des Rohrbauteils zur Wanddicke (WD) des Rohrbauteils kleiner als 14 ist (AD/WD < 14) und vorzugsweise klei- ner als 8 ist (AD/WD < 8). Das Verhältnis AD/WD kann auch kleiner als 6 sein.

Das Verhältnis AD/WD kann über die Länge des Rohrbauteils variieren, wobei die Dickwandigkeit in obigem Sinne jedoch erhalten bleibt.

Unter dickwandigen Rohrbauteilen sind in erster Linie Drehmoment übertra- gende Rohrbauteile zu verstehen, wie Antriebswellen, Getriebewellen, Nockenwellen, aber auch andere hochbelastete Rohrbauteile, wie z. B. Stabili- satoren und Dämpferkolbenstangen.

Die verwendete Stahllegierung kann auf Zugfestigkeiten von Rm > 950 N/mm2 und Streckgrenzen von Rp0, 2 > 700 N/mm2 bei einer Bruchdehnung A 5 > 14% eingestellt werden. Eine Lufthärtung erfolgt vorzugsweise bei 950 °C 15 °C im Durchlaufofen unter Schutzgas.

Im luftvergüteten Zustand erreicht die Stahllegierung eine Zugefestigkeit Rm > 850 N/mm2 und eine Streckgrenze von Rp0, 2 > 700 N/mm2 bei einer Bruch- dehnung von A5 > 15%.