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Steigerung der Lebensdauer nitrierter Schmiedegesenke durch Realisierung duktiler Oberflächenbereiche zur Verbesserung der Rissbeständigkeit

Steigerung der Lebensdauer nitrierter Schmiedegesenke durch Realisierung duktiler Oberflächenbereiche zur Verbesserung der Rissbeständigkeit

E-Mail:  massivumformung@ifum.uni-hannover.de
Jahr:  2017
Förderung:  Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e.V. (FGW) Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) – 19529 N
Laufzeit:  2 Jahre

Werkzeuge der Warmmassivumformung werden hohen mechanischen, thermischen, tribologischen und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt. Infolge der Beanspruchungen entsteht Werkzeugverschleiß, der zu nicht tolerierbaren Abweichungen der Werkzeuggeometrie bis hin zum totalen Ausfall der Schmiedegesenke führt. Die Maschinenstillstandzeiten und Fertigung neuer Werkzeuge wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Schmiedeprozesses aus. Durch eine Erhöhung der Werkzeugstandmenge ist ein hohes Kosteneinsparungspotential realisierbar, sodass die Industrie stetig an neuen Verschleißschutzmaßnahmen interessiert ist.

Um den prozessbedingten Werkzeugverschleiß zu reduzieren, haben sich Verfahren der Randschichtmodifizierung etabliert. Eines der am häufigsten angewandten Verfahren ist das Nitrieren. Allerdings neigen die nitrierten Werkzeugoberflächen zur Bildung von thermomechanisch induzierten Rissen. Prozessbedingte, zyklische Temperaturwechsel resultieren in einer abrupten Änderung zwischen vorherrschenden Zug- und Druckeigenspannungen in der Werkzeugrandzone. Aufgrund zu geringer Duktilität der durch die Nitrierung entstandenen spröden Randschichtbereiche führt dieser Spannungswechsel zum Werkstoffversagen durch Rissbildung und dadurch ausgelösten umfassenden Werkzeugverschleiß. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden partielle Plasmanitrierungen auf Schmiedegesenke appliziert, sodass die Werkzeugrandschicht nitrierte sowie nicht randschichtmodifizierten Bereiche aufweist. Die nitrierten Bereiche reduzieren den Werkzeugverschleiß und duktile Bereiche wirken der Rissausbreitung entgegen. Dadurch soll eine maximale Steigerung der Werkzeugstandmenge erzielt werden. Zur Herstellung der partiell nitrierten Randzonen werden Abdeckungen und Pasten verwendet, sodass es sich um eine kostengünstige und einfach zu realisierende Verschleißschutzmethodik handelt.