Problemstellung und Zielgruppe
Die Zielgruppe des Vorhabens umfasst vorwiegend mittelständische Hersteller von Recyclingmessern sowie die Recyclingunternehmen selbst, deren gesamte Prozesskette bei Ausfall der Zerkleinerungstechnik vollständig zum Erliegen kommt. Die Messer für das Recycling von Materialien wie Metall, Holz und Kunststoffen müssen extremen mechanischen Belastungen und Verunreinigungen standhalten, weshalb sie neben einer hohen Härte auch über eine sehr hohe Schlagzähigkeit verfügen müssen, um Frühausfälle zu verhindern. Aktuell werden überwiegend hochlegierte Stähle eingesetzt, die signifikante Anteile kritischer Rohstoffe enthalten und fast ausschließlich in nur einem einzigen Stahlwerk qualitätsgerecht erschmolzen werden, was erhebliche Risiken für die Versorgungssicherheit birgt. Darüber hinaus sind die erforderlichen Messerwechsel sehr arbeitsintensiv und dauern beispielsweise an Schrottscheren etwa vier Stunden, was zu langen Produktionsstillständen führt.
Lösungsansatz und Vorteile durch die Lösung
Der Lösungsansatz besteht in der Entwicklung einer speziellen Wärmebehandlungstechnologie, mit der niedriglegierte Kaltarbeitsstähle durch kontrollierte Bainitisierung bei niedrigeren Temperaturen in mikro- und nanokörnigen Unteren Bainit umgewandelt werden können. Durch eine gezielte Abkühlung im Salzbad und eine kurze Austenitisierungstemperatur sowie Austenitisierungszeit wird die Perlitbildung sicher vermieden, um eine optimale Kombination aus maximaler Härte und hoher Zähigkeit zu erzielen. Diese Technologie ermöglicht es, die Standzeit der Messer deutlich zu erhöhen und gleichzeitig aufwändige Werkzeug- sowie Rüstzeiten erheblich zu verkürzen, was wertvolle Produktionszeit einspart. Zusätzlich wird die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen und einer einzelnen Quelle für die Stahlerschmelzung verringert, wodurch die Versorgungsrisiken gesenkt und die Gesamtkosten für die Messerherstellung optimiert werden.
Zusammenfassung Arbeitspakete
Das Projekt startete mit einer Verfügbarkeitsanalyse potenzieller Stähle, gefolgt von der intensiven Entwicklung und Optimierung der Bainitisierungsprozesskette unter Verwendung von ZTU-Schaubildern und kontrollierter Salzbad-Abkühlung. Im nächsten Schritt wurden die Versuchsmesser nach den neuen Prozessparametern gefertigt, einer detaillierten Gefüge- und Härteprüfung unterzogen und schließlich in Zusammenarbeit mit Partnern in realen Recyclinganlagen erprobt. Die Arbeit schloss mit dem Technologietransfer in die Industrie sowie der Planung von Weiterentwicklungspfaden für die vielversprechenden Materialien in Folgeprojekten ab.
Ergebnisse
Der Stahl 80CrV2 konnte erfolgreich in einem Zeitraum von zwei bis vier Stunden bei einer Härte von 55 bis 60 HRC bainitisiert werden und erreichte in der Praxis mindestens gleiche Standzeiten wie hochlegierte Vergleichsmesser. Im Gegensatz dazu erwies sich der Stahl 90MnCrV8 aufgrund seines hohen Mangangehalts als nicht förderbar, da dies zu wirtschaftlich unattraktiven Umwandlungszeiten von etwa zehn Stunden sowie persistenten sprödigkeitsfördernden Karbid-Ausscheidungen führte.
Highlights
Ein zentrales Highlight des Projekts ist der klare Nachweis, dass durch optimierte Wärmebehandlungsverfahren niedriglegierte Stähle die Performance und Lebensdauer hochlegierter Spezialstähle im anspruchsvollen Recyclingbereich erreichen oder sogar übertreffen können. Die erfolgreiche Etablierung eines präzisen Salzbad-Bainitisierungsverfahrens stellt einen weiteren technologischen Meilenstein dar, der die Verfügbarkeit von Recyclingtechnologien langfristig sichert und die Prozesssicherheit für die Industrie erheblich steigert.
