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Lebensdauersteigerung schmiedegerecht nitrierter Gesenke durch vorgeschaltetes Carbonitrieren

Status laufend
Ziele

1. Einsparung von Werkzeugkosten durch Steigerung der Lebensdauer

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, den Verschleißwiderstand von Schmiedegesenken für die Massivumformung durch eine speziell entwickelte Wärmebehandlung zu erhöhen und dadurch die Lebensdauer der Gesenke zu steigern. Durch eine beanspruchungsgerechte Randschichtbehandlung von Warmarbeitsgesenken werden Kosteneinsparungen bis über 25% erwartet. 

Um tiefere Randbereiche der Gesenke wirtschaftlich mit höherem Verschleißwiderstand auszustatten, soll ergänzend zum Nitrieren ein Carbonitrierverfahren für diese Anwendung entwickelt und erprobt werden.


2. Entwicklung einer Carbonitrierbehandlung

Mit dem geregelten Carbonitrieren sollen reproduzierbar definierte N-C-Konzentrationen im Randbereich der Warmarbeitsstähle eingestellt werden. Dabei ist es notwendig, die optimale Temperatur für das Carbonitrieren zu ermitteln. Es sollen weiterhin die Grenzen ermittelt werden, wann welche Nitrid- und Carbonitridausscheidungen entstehen und wie diese in den nachfolgenden Wärmebehandlungsschritten stabilisiert werden können. Die Versuche sollen von thermodynamischen Betrachtungen und Berechnungen begleitet werden, um die ablaufenden Vorgänge beurteilen zu können und so schließlich eine optimale Stabilisierung der ausgeschiedenen Nitride und Carbonitride sicherzustellen.


3. Anpassung der Nitrier-/Nitrocarburierbehandlung

Durch das vorgeschaltete Carbonitrieren wird das Gefüge der Randschicht verändert, so dass die im Vorläufervorhaben IGF 16587 erarbeiteten Behandlungsparameter für das Nitrieren und Nitrocarburieren angepasst werden müssen.

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4. Bewertung der Verschleißbeständigkeit anhand von Modellversuchen

Eine vergleichende Beurteilung der Verschleißeigenschaften der randschichtbehandelten Proben soll anhand von drei Modellversuchen vorgenommen werden, um die Verschleißmechanismen zu verstehen und die besten Wärmebehandlungsvarianten für die Zeitstandsversuche auszuwählen. In einer Induktionswärmebehandlungsanlage soll die zyklische Temperaturwechselbelastung der Randschicht in Anlehnung an den Schmiedeprozess abgebildet und die thermische Ermüdung unabhängig vom abrasiven Verschleiß untersucht werden. Das abrasive Verschleißverhalten soll am Zwei-Scheiben-Prüfstand (Abrasion und Hertzsche Pressung) und im Stift-Scheibe-Test (Abrasion und Tribooxidation) ermittelt werden.


5. Übertragung der Wärmebehandlungsabfolge auf Schmiedegesenke

Die nach den Modellverschleißversuchen besten Wärmebehandlungsvarianten sollen auf Schmiedegesenke übertragen werden, die schließlich in den Schmiedebetrieben eingesetzt und hinsichtlich ihrer Standmenge und Verschleißmechanismen untersucht werden sollen. Dabei werden zusätzlich zu den begleitenden Scheibenproben nach Möglichkeit auch Werkzeugteile mit behandelt, an denen das Ergebnis der Wärmebehandlung überprüft werden kann. Maß- und Formänderungen sollen vor und nach der Wärmebehandlung dokumentiert werden.


6. Ermittlung der Verschleißbeständigkeit in Zeitstandsversuchen

In Zeitstandsversuchen sollen die neuartigen Randschichten unter Praxisbedingungen getestet werden. Neben dem Einsatz bis zum Erreichen des Lebensdauerendes sollen auch Gesenke vorzeitig nach einer definierten Hubzahl entnommen und hinsichtlich der Verschleißvorgänge metallografisch untersucht werden. Zusammen mit dem Schmiedebetrieb sollen die wirkenden Kräfte und Verschleißmechanismen diskutiert und beurteilt werden.


7.  Erarbeitung von Wärmebehandlungsempfehlungen (Expertenmatrix)

Anhand der Wärmebehandlungs- und Verschleißuntersuchungen (Labor und Praxis) sollen Empfehlungen zum Carbonitrieren von Schmiedegesenken erarbeitet werden, die es dem Anwender ermöglichen, beanspruchungsgerechte Randschichtzustände mit gradierten Eigenschaften herzustellen.


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