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SchmiedeJOURNAL

Fachbeiträge SchmiedeJOURNAL September 2014 35 gesetzt ist. Zahlreiche experimentelle Untersuchungen haben aufgezeigt, dass Werkzeugbereiche, die einer Thermoschockbelastung unterliegen, ein neugehärtetes martensitisches Gefüge aufweisen, während andere Bereiche derselben Gravur keine oder nur geringe Gefügereaktionen zeigen Doe91, Haf95a, Haf95b, Bac90. Für den Verschleißfortschritt und damit für die Genauigkeit der numerischen Verschleißvorhersage hat eine Veränderung der Werkzeughärte einen entscheidenden Einfluss. Daher ist eine Untersuchungsmethodik zur Charakterisierung des Härteverhaltens unter zyklischer thermischer Beanspruchung einzusetzen. Die Anforderungen an den Versuch sind dabei Folgende: Hohe Aufheiz und Abkühlraten, Spitzentemperaturen oberhalb der Austenitisierungstemperatur, keine mechanische oder chemische Beanspruchung, genaue lokale Temperaturmessung, hohe Messwertauflösung und Wiederholbarkeit der Versuche Bob91, Sch04. Experimentelle Untersuchungen Zur Durchführung der Thermoschockversuche findet das Abschreck und Umformdilatometer DIL805 A/T Verwendung. Für extrem hohe Aufheiz und Abkühlgeschwindigkeiten wird für die zyklischen thermischen Versuche das Abschreckmodul bei Verwendung von Hohlproben mit einer geringen Wandstärke von 200 μm eingesetzt. Die zentrale Komponente im Abschreckmodul ist die Induktionsspule, welche aus zwei Strängen besteht und neben einer Erwärmung auch eine Probenkühlung ermöglicht (Bild 1). Während der äußere Probenstrang der induktiven Probenerwärmung dient, weist der innere Strang Kühldüsen auf, welche radial auf die Probe gerichtet sind und dadurch eine Kühlung der Probenmantelfläche ermöglichen. Um die Proben möglichst schnell abzukühlen, wird diese ebenfalls von innen gekühlt. Bei diesem Versuchsaufbau lassen sich in der Hohlprobe Aufheizraten von 4.000  K/s und Abkühlraten von 2.500  K/s erreichen, welche somit die thermischen Beanspruchungen während des Schmiedens sehr gut abbilden und eine gute Übertragbarkeit auf das Materialverhalten der Schmiedewerkzeugrandschicht erwarten lassen. Probenherstellung und Versuchsvorbereitung Aufgrund der geringen Wandstärke der Hohlproben stellt eine sehr genaue Probenherstellung ohne Beeinflussung des Ausgangsgefüges eine große Herausforderung dar. An die Probengeometrie ist die Voraussetzung gestellt, dass die Stirnflächen der Probe planparallel zueinander sind. Als geeignetes Herstellungsverfahren, welches in der Lage ist, die Anforderungen an die Probenherstellung zu erfüllen, hat sich das Verfahren Drahterodieren erwiesen. Vorteile des Drahterodierens sind die sehr geringe Wärmeeinflusszone, die sehr genaue Positonierbarkeit des Drahts und der Werkstücke bei geringen Prozesskräften, die sehr gute Programmierbarkeit des Drahterodierprozesses sowie das Vermögen, Werkstücke mit sehr hoher Härte fertigen zu können. Während der zyklischen Versuche ist eine in-situ Temperaturmessung der Probe zur Auswertung der tatsächlich auftretenden thermischen Belastungen notwendig. Dafür werden Thermoelemente durch Punktschweißen mit der Mantelfläche der Hohlproben verbunden. Dieses Verfahren hat wegen der stoffseitigen Verbindung die geringste Ansprechzeit und die genaueste Messung. Aufgrund der hohen Temperatur beim Punktschweißen ist an diesen Punkten von einer starken Beeinflussung des Gefüges bis hin zu einer Gefügeänderung auszugehen. Daher werden die Punktschweißstellen bei der Härtemessung nicht genutzt, sondern während Probenpräparation abgetragen. Bild 1: Abschreckmodul (schematisch) mit Hohlprobe, Schubstangen und Induktionsspule. Bild 2: Härtekurven bei zyklischer Thermoschockbeanspruchung.


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