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FE-gestützte Entwicklung hochverschleißfester Warmarbeitswerkzeuge durch eine Legierungsmodifikation in Kombination mit einer prozess- und werkstoffseitig angepassten Nitrierschicht

Laufzeit:01.10.2014 – 30.09.2016
Förderung:DFG
Kontakt:massivumformungifum.uni-hannover.de

Motivation:

Methoden zur Verschleißreduzierung bei Schmiedewerkzeugen sind Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Auch wenn bereits deutliche Verbesserungen in den Werkzeugstandmengen durch Maßnahmen wie z. B. die Erzeugung hoher Randschichthärten durch Nitrieren und/oder das Aufbringen von Hartstoffschichten erzielt wurden, existiert bisher kein zufriedenstellendes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Eine weitere Methode zur Verschleißreduzierung liegt in der Entwicklung eines an die spezifischen Anforderungen der Schmiedebranche angepassten Warmarbeitsstahls. In vorangegangenen Untersuchungen konnte dazu festgestellt werden, dass eine gezielte Absenkung der Ac1b-Temperatur eine verstärkte zyklische Randschichthärtung aufgrund der Prozesstemperaturen zur Folge hat. Es konnte anhand von unterschiedlichen Schmiedeprozessen eine signifikante Verbesserung des Verschleißverhaltens der Werkzeuge nachgewiesen werden. Die zyklische Randschichthärtung basiert dabei auf einer martensitischen Gefügeumwandlung, die zu einem sprunghaften Härtegradienten in der Randschicht führen kann. Inwiefern sich der verschleißverzögernde Effekt der zyklischen Randschichthärtung durch eine angepasste Nitrierschicht steigern lässt, soll im Rahmen des aktuellen Forschungsvorhabens ermittelt werden.

Zielsetzung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine an die Anforderungen des Schmiedeprozesses angepasste Legierungsmodifikation durch eine zusätzliche Nitrierbehandlung weiter verbessert werden. Durch eine Auswahl unterschiedlicher, charakteristischer Nitrierhärteprofile (Abbildung 1) sollen die durch das Verfahren des Plasmanitrierens einzustellenden Nitrierschichten untersucht werden. Für eine übergreifende Betrachtung der Einflüsse der Werkstoff- und Randschichtmodifikationen auf den Gesenkverschleiß wird eine Materialcharakterisierung zur Aufnahme relevanter mechanischer Kenngrößen durchgeführt. Für eine ganzheitliche Beschreibung der thermischen Randschichteffekte und zur Reduzierung des hohen experimentellen Aufwandes für Serienschmiedeversuche sollen Aufheiz- und Abkühlversuche mit einem Dilatometer durchgeführt werden, um eine Vorauswahl geeigneter Varianten anhand der resultierenden Härteverlaufskurven zu ermöglichen. Die hierfür zu Grunde zu legenden Zeit-Temperaturprofile sollen möglichst genau den realen Profilen entsprechen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden deshalb alternative experimentelle und numerische Verfahren angewendet, um ein reales Temperaturprofil für die Untersuchungen abzuleiten.

Abbildung 1: Variation der Härtegradienten beim Nitrieren

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