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Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedewerkzeugen durch Einsatz eines intelligenten Warmarbeitsstahls in Kombination mit einer werkstoffspezifisch angepassten Nitrierbehandlung (Intelligente Werkstoffe II)

Status abgeschlossen
Ziele

1. Reduzierung von Werkzeugkosten sowie Steigerung der Produktivität durch einen, auf einer optimierte Standmenge zurückzuführenden erhöhten Maschinennutzungsgrad.
Um im globalen Marktumfeld deutscher Unternehmen im Bereich der Massivumformung konkurrenzfähig zu bleiben, ist eine Reduzierung von Werkzeugkosten für die Wirtschaftlichkeit in der Produktion maßgeblich. Das Einsatzverhalten von Werkzeugstählen und damit die Produktivität der Prozesse sowie die Qualität der Endprodukte sind von strategischer Bedeutung. Prozessbedingt sind die eingesetzten Schmiedewerkzeuge im Bereich der Warmmassivumformung thermischen, mechanischen, tribologischen und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt. Durch eine Erhöhung der Werkzeugstandmengen wird der Aufwand für das Rüsten/Einfahren der Umformmaschinen und die Kosten für Ausschuss und Nacharbeit reduziert und verbessert zugleich den Maschinennutzungsgrad.

2. Standmengenerhöhung in der Wammassivumformung durch verschleißoptimierte Legierungsentwicklung in Kombination mit einer zusätzlichen Nitrierbehandlung
Aufgrund dieser im Betrieb zyklisch auftretenden Beanspruchungen kommt es zu einer stetigen Schädigung der Werkzeugoberfläche und schließlich zum Ausfall der Schmiedewerkzeuge, der im Wesentlichen auf den Festigkeitsverlust der Werkzeugrandschicht zurückzuführen ist. Insbesondere wird durch thermische Beanspruchung ein hoher Wärmeübergang während der Druckberührzeit verursacht und die Werkzeugrandschicht erfährt lokale Gefügeveränderungen. Im Bereich konvexer Radien ist die Werkzeuggravur stark verschleißgefährdet. Durch eine gezielte Absenkung der Austenitstarttemperatur des Werkzeugwerkstoffs durch austenitstabilisierende Elemente werden mikrostrukturelle Gefügeumwandlungen in der Werkzeugrandschicht so verändert, dass es während des Schmiedeprozesses infolge der thermomechanischen Bedingungen zu einer wiederkehrenden zyklischen Randschichthärtung kommt. Während des Schmiedens wird beim Überschreiten der Austenitstarttemperatur das Gefüge in der Randzone in einen teilaustenitisierten Zustand überführt. Durch das anschließende Besprühen mit einer Kühl-Schmiermittel-Suspension im Schmiedeprozess wandelt sich das teilaustenitisierte Gefüge in ein sehr hartes martensitisches Gefüge um. Weiterhin wird das Legierungskonzept mit einem Nitrieren der Werkzeugrandschicht kombiniert, um aufgrund lokal variierender thermomechanischer Randbedingungen einen verringerten Verschleiß in allen hoch beanspruchten Werkzeugbereichen zu realisieren.


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