Beschreibung
P 1249 – Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedewerkzeugen durch Einsatz eines intelligenten Warmarbeitsstahles in Kombination mit einer werkstoffspezifisch angepassten Nitrierbehandlung
Schmiedewerkzeuge aus einem durch Zulegieren entwickelten intelligenten Warmarbeitsstahl besitzen eine gute Verschleißresistenz in thermomechanisch hochbelasteten Werkzeugbereichen. Dies ist auf einen legierungsspezifischen Mechanismus der zyklischen Randschichthärtung zurückzuführen, der für einen fortwährenden Schutz dieser verschleißgefährdeten Bereiche sorgt. Aufgrund der variierenden Beanspruchungen in den unterschiedlichen Werkzeugbereichen ist die gesteigerte Verschleißresistenz jedoch lokal beschränkt. In dem aktuellen Forschungsvorhaben wurde das Ziel verfolgt, die Verschleißbeständigkeit von Schmiedewerkzeugen durch Verwendung dieses intelligenten Warmarbeitsstahls in Kombination mit einer werkstoffspezifisch angepassten Nitrierbehandlung zu erhöhen.
Zur Realisierung eines globalen Verschleißschutzes wurden Schmiedewerkzeuge aus einem intelligenten Warmarbeitsstahl einer Randschichtbehandlung durch das Nitrieren unterzogen, so dass eine Erhöhung der Verschleißbeständigkeit in thermomechanisch gering belasteten Bereichen gewährleistet wurde. Neben der Charakterisierung des Umwandlungs- und Werkstoffverhaltens lagen wesentliche Schwerpunkte des Forschungsvorhabens auf der Entwicklung einer auf den intelligenten Warmarbeitsstahl angepassten Nitrierbehandlung sowie der Ermittlung der Leistungsfähigkeit der randschichtbehandelten Schmiedewerkzeuge in Modellversuchen und der industriellen Praxis.
Zyklische Neuhärtung der Werkzeugrandschicht wurde in Serienschmiedeversuchen nach Abtrag der Nitrierzone nachgewiesen. Thermomechanisch unzureichend beanspruchte Bereiche wurden durch die Nitrierzone vor Verschleiß geschützt. Im industriellen Umfeld erreichten die nitrierten Werkzeuge aus dem modifizierten Warmarbeitsstahl überwiegend mit dem Referenzzustand vergleichbare Standmengen. Eine Rissbildung in der Werkzeugkontur galt als Hauptausfallursache.
Die erzielten Ergebnisse tragen dazu bei, den Mechanismus der zyklischen Randschichthärtung in Kombination mit einer Nitrierzone effizient zu nutzen. Kleine und mittlere Unternehmen der Stahlerzeugung und -verarbeitung erhalten eine neue Wissensbasis für die Entwicklung neuartiger, an Prozesse der Umformtechnik angepasster Werkstoffe und Werkzeuge, gewinnen die Möglichkeit, neue Produkte auf dem Markt zu platzieren und profitieren von den Ergebnissen in Form einer effektiven Verschleißschutzmaßnahme zur Steigerung der Standmenge von Werkzeugen der Warmmassivumformung.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens, Prof. Dr.-Ing. H. J. Maier
