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Anwendung von Plasmaborierverfahren zur Steigerung der Belastbarkeit von Schmiedegesenken (Plasmaborieren)

Status laufend
Ziele

1. Verschleißreduktion an Schmiedegesenken mittels Plasmaborierschichten zur wirtschaftlicheren Fertigung von Schmiedebauteilen
Schmiedegesenke in der Warmmassivumformung unterliegen einem Belastungskollektiv aus plastischer Deformation, Abrasion / Adhäsion sowie der thermischen- und mechanischen Rissbildung. Die Kombination aus den zuvor aufgeführten Verschleißmechanismen, kann bereits nach wenigen Schmiedezyklen zum Werkzeugausfall und somit zu erhöhten Ausfallszeiten und Instandhaltungskosten führen. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen während der Warmformgebung, kann lokal eine Entfestigung der formgebenden Werkzeuge infolge der Überhitzung im Gesenkwerkstoff beobachtet werden. Ein erhöhter Verschleiß ist die Folge. Selbst bei nitrierten Gesenken, die thermisch hoch belastet werden kann dies nachgewiesen werden. Borierschichten mit einer erhöhten Randschichtwarmhärte können Entfestigungserscheinungen reduzieren. Sie weisen zudem einen hohen Widerstand gegen abrasiven und adhäsiven Verschleiß auf. Aus den genannten Gründen sollen im Rahmen des oben genannten Projektes alternative Randschichtbehandlungen auf Basis des Plasmaborierverfahrens entwickelt und auf ihr Poten-zial für die Warmmassivumformung untersucht werden. Ziel ist es, die Standmengen von Gesenken zu erhöhen und somit eine wirtschaftlichere Fertigung bei den Unternehmen zu ermöglichen.

2.Bereitstellung angepasster Plasmaborierprozesse und Wärmebehandlungen für Schmiedegesenke
Borierprozesse, die mit Pulvern und Pasten arbeiten, sind schon länger bekannt, haben aber eine Reihe von Nachteilen und sind daher für den Verschleißschutz von Gesenken der Warmmassivumformung bisher nur von geringer Bedeutung. Die Rückstände der Pulver und Pasten müssen aufwändig entfernt und entsorgt werden. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen kommt es zu einer Entfestigung des Grundmaterials (Weichglühen), die eine Nachhärtung der Stahlwerkstoffe erforderlich machen. Plasmaborierprozesse, die mit gasförmigen Spendermedien arbeiten, sind deutlich umweltfreundlicher und erlauben eine vielfältige Einstellung der Randzone. Durch die Anpassung der Prozessparameter ist es gelungen weitgehend porenfreie Schichten mit einer guten Verzahnung zwischen den borhaltigen Phasen und dem Grundwerkstoff zu erreichen. Bisher wurde das Verfahren überwiegend für unlegierte Stähle wie z.B. C15 und C45 eingesetzt. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass prinzipiell auch das Plasmaborieren von hochlegierten Warmarbeitsstählen wie z.B. 1.2343 möglich ist. Erforderlich ist jedoch eine Anpassung der Prozessparameter an die verschiedenen Warmarbeitsstähle, die im Rahmen des Projektes erfolgt.
Weiterhin kommt es bisher auch beim Plasmaborieren, trotz etwas niedrigerer Prozesstemperaturen, zu einer Entfestigung des Grundmaterials. Daher soll auch die Anpassung der Wärmebehandlung für die Nachhärtung sowie eine weitere Absenkung der Prozesstemperaturen, um ggf. einen Nachhärtungsprozess ganz zu vermeiden, im die Betrachtung einbezogen werden.


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