Untersuchung zum Einsatz von metallhaltigen DLC-Schichtsystemen als Verschleißschutzmaßnahme für Schmiedegesenke

Im Anwendungsbereich der Warmmassivumformung unterliegen die formgebenden Werkzeug-komponenten (Schmiedegesenke) einem erheblichen Verschleiß. Dieser kann im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren bereits nach kurzer Einsatzdauer zu einem Ausfall der Gesenke und somit zu einer Unterbrechung des gesamten Prozesses führen. Die Folgen sind eine unwirtschaftliche Produktion samt reduzierter Wettbewerbsfähigkeit.

Mithilfe von Beschichtungssystemen und Diffusionsbehandlungen können modifizierte Oberflächen und Randbereiche eingestellt werden, die sich Verschleiß mindernd verhalten. Aufgrund des komplexen Belastungskollektivs in der Warmmassivumformung sind jedoch nicht alle Randschicht- und Oberflächenmodifikationen geeignet. So zeigt sich beispielsweise, dass DLC-Schichten den abrasiven Verschleiß an Werkzeugen der Kalt- und Halbwarmumformung reduzieren können. Infolge der thermischen Instabilität sind derartige Beschichtungen jedoch nicht im Bereich der Warmmassivumformung einzusetzen. Dieser Sachverhalt motiviert die Arbeiten am vorliegenden Projekt.

Das Ziel der Forschungsarbeiten ist die erfolgreiche Applizierung von dotierten DLC-Beschichtungssystemen auf Werkzeuge des Stahls 1.2343. Als Dotierungselemente wurden neben Chrom, Wolfram und Vanadium auch Niob ausgewählt, die für eine tendenziell hohe thermische Schichtstabilität sorgen sollen. Neben grundsätzlichen Charakterisierungen, wie Tribometerversuchen, Pin-On-Disk-Tests, metallographischen Untersuchungen und Härteprüfungen werden zudem Ringstauchversuche zur Reibfaktorbestimmung unter schmiedetypischen Bedingungen durchgeführt.

Die Beschichtungssysteme mit dem höchsten Potential werden anschließend auf Modellgesenke appliziert und einer definierten Anzahl an Schmiedezyklen ausgesetzt. Alle Werkzeuge werden zur Verschleißdetektion sowohl zerstörungsfrei als auch zerstörend geprüft.

Eine begrenzte Anzahl der Beschichtungen wird abschließend in der industriellen Serienproduktion eingesetzt, um die Eignung der Beschichtungen in der Warmmassivumformung final zu untersuchen.