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Einsatz nanoskaliger Beschichtungssysteme zur Verminderung der Hochtemperaturkorrosion beim Wiedererwärmen von Vormaterial beim Freiformschmieden

Status abgeschlossen
Ziele

1. Verbesserung der Oberflächenqualität und Verringerung des Zunderwachstums am Vormaterial durch gezielten Einsatz von nanoskaligen Partikeln bei der Beschichtung

In Freiformschmiedebetrieben werden Bauteile freier Kontur für den Maschinenbau von 1 kg bis 100 t (z. B. Achsen, Wellen) hergestellt. Die Verformungsarbeit erfolgt mit Schmiedehämmern und Schmiedepressen. Beim Transport der warmen Blöcke (Vormaterial) vom Stahlwerk zur Schmiede sowie bei der Wiedererwärmung der Blöcke im Stahlwerk und dem Transfer zum Bearbeitungswerk-zeug entsteht aufgrund der Oxidation des Stahls mit dem Luftsauerstoff FexOy, im folgenden Zunder genannt. Zunder entsteht vor allem bei Temperaturen oberhalb von 600 °C, ist stark anhaftend und kann bedingt durch die langen Aufheizzeiten von bis zu 60 Stunden eine Dicke von mehreren Zentimetern erreichen. Die Verzunderung verursacht verschiedene Probleme in den Freiformschmieden:

  • Material- und damit wirtschaftliche Verluste.
  • Materialdefekte durch Einschmieden nicht entfernter Zunderstücke aufgrund der starken Adhäsion des Zunders. Kommt es zusätzlich zu Anhaftungen von Zunderstücken an den Werkzeugen so können weitere Oberflächendefekte am Schmiedestück durch Einprägen des Zunders entstehen.
  • •Verringerung der Standmenge der Umformwerkzeuge durch erhöhten mechanischen Verschleiß aufgrund der hohen Härte und Abrasivität des Zunders.
  • •Schädigung der Wärmaggregate durch flüssigen Zunder, dessen Schmelzpunkt in Verbindung mit dem eingesetzten Gießpulver herabgesetzt wird. Der schmelzflüssige Zunder gerät zwischen die beweglichen Teile des Ofens und an das Feuerfestmaterial und führt hier nach dem Erstarren zu Beschädigungen.

Im Rahmen des Projektes wurden Beschichtungssysteme untersucht, die durch den gezielten Einsatz von nanoskaligen Partikeln (z.B. Al2O3, ZnO, Metallphosphate) das Zunderwachstum am Vormaterial verringern und auf diese Weise die Materialverluste beim Freiformschmieden bei gleichzeitiger Verbesserung der Oberflächenqualität vermindern. Durch die Nutzung der physikalischen Eigenschaften von nanoskaligen Partikeln, die sich teilweise deutlich von den makroskopischen Eigenschaften des gleichen Materials unterscheiden, konnte eine Verringerung des Zunderwachstums erreicht werden.


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