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Erhöhung des Verschleißwiderstandes von Warmarbeitsstählen durch Absenkung der Ac1b-Temperatur

Laufzeit:Laufzeit: 2004 - 2009
Förderung:DFG (Do190 202-1/ Be1691 39-2)
Kontakt:massivumformungifum.uni-hannover.de

Der Verschleiß von Warmarbeitsstählen wird maßgeblich durch eine thermische Überlastung der Werkzeuge verursacht. Vor allem in den oberflächennahen Werkzeugbereichen kommt es durch die hohen Temperaturen der Schmiedeteile (bis 1250 °C bei Stahl) und den hohen Kontaktdrücken während der Umformung zu einem hohen Eintrag von thermischer Energie. Durch das bei Gesenkschmiedeprozessen üblicherweise nach jedem Zyklus aufgebrachte Kühl-/ Schmiermedium wird die Randschicht der Werkzeuge abgeschreckt, was zu einem umwandlungsgehärteten Randschichtgefüge führt. Dazu ist das Überschreiten einer legierungsspezifischen Austenitisierungstemperatur (Ac1b-Temperatur) notwendig. Wird diese Temperatur in der Werkzeugrandzone gerade nicht mehr erreicht, wird ein Weichglühprozess initiiert und das Gefüge wird unterhalb der gehärteten Schicht entfestigt. Im fortschreitenden Schmiedeeinsatz wird die gehärtete Randschicht abgetragen und das weichgeglühte Material kommt in Kontakt mit den Schmiedeteilen. Durch die verminderte Härte hält das Werkzeug den in kurzen Zyklen auftretenden Belastungen nicht mehr stand und die Folge ist ein schnell fortschreitender Materialverschleiß. In der folgenden Abbildung sind Schliffbilder mit einer gehärteten Randschicht nach einem Schmiedezyklus (links) und einer verschlissenen Randschicht nach 2000 Schmiedezyklen dargestellt.

 

Abbildung 1: Schliffbilder nach einem und 2000 Schmiedezyklen

Im Rahmen des Forschungsprojektes ist es gelungen, den Effekt der zyklischen Randschichthärtung durch eine gezielte Legierungsmodifikation derart zu verstärken, dass eine verschleißreduzierende Wirkung der martensitisch gehärteten Randschicht erreicht werden kann. Dazu wurde durch einen definierten Legierungsanteil an Mangen die Ac1b-Temperatur reduziert. Die durch die vorherrschenden Temperaturen induzierte Neuhärtung wurde dadurch verstärkt, was die Verschleißbeständigkeit der Werkzeuge erhöht. 

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