Fachbeiträge Diamond-Like Carbon as a Wear-Protection Layer for Semi-Hot Forging The mechanical loads in the die rise with semi-hot forging thus causing increased mechanical wear. A tough diamond-like carbon (DLC) wear-protection layer can avert this disadvantage. Doping enables sufficient temperature resistance for this layer type. The examined layers have advantages over uncoated dies particularly in areas with high relative motion. Diamond-like Carbon als Verschleißschutzschicht für die Halbwarmmassivumformung Einleitung Die hohen mechanischen und thermischen Belastungen in der Warmmassivumformung (1.000 bis 1.250 °C) führen zu begrenzten Laufzeiten der Schmiedegesenke Doe10. Aktuell existieren verschiedene Ansätze, um die Lebensdauer dieser Gesenke zu verlängern. So wurden unter anderem Mehrlagenbeschichtungen (zum Beispiel TiN-TiCN- TiC) sowie gradierte Schichten (zum Beispiel TiB2) erforscht Beh11. Die Halbwarmmassivumformung (650 bis 900 °C) bietet den Vorteil besserer Genauigkeiten und Oberflächeneigenschaften der hergestellten Bauteile Doe10, Kac12. Wesentlicher Nachteil der geringeren Werkstücktemperatur ist die höhere Fließspannung des Werkstücks. Dadurch verschiebt sich das Belastungskollektiv zu geringerer thermischer und größerer mechanischer Belastung. Diese veränderten Belastungen erfordern neue Konzepte zur Verschleißreduzierung, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu gewährleisten. In diesem Rahmen scheinen Diamond-like carbon (DLC)-Schichten aufgrund ihrer hohen Härte und guten tribologischen Eigenschaften 40 SchmiedeJOURNAL März 2013 ein geeigneter Ansatz zu sein. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen thermischen Stabilität können sie in der Warmmassivumformung nicht angewendet werden. DLC kann in verschiedene Arten unterteilt werden VDI2840. Eine der derzeit technisch wichtigsten Arten von DLC sind die amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten (a-C:H). Sie bestehen im Wesentlichen aus einem zufälligen unregelmäßigen Netzwerk von Kohlen- und Wasserstoff Rob08, Ron08. Der Kohlenstoff liegt hierbei in zwei unterschiedlichen Modifikationen vor. Bei Kohlenstoff in sp2-hybridisierter Form – auch Graphitbindung genannt – können sich die einzelnen Atomlagen leicht zueinander verschieben, woraus sich die bekannt schmierende Wirkung von Graphit ergibt. In der sp3-Hybridisierung – auch Diamantbindung genannt – sind die Atome tetraederförmig angeordnet. Dies führt zu guten mechanischen Eigenschaften wie hoher Festigkeit und extrem hoher Härte. Die mechanischen Eigenschaften der Schicht werden demnach wesentlich vom Anteil der sp3-Hybridisierung bestimmt. Die Diamantbindung hat jedoch den Nachteil, dass sie sich ab Temperaturen um etwa 700 °C an Luft zersetzt. Technische a-C:H-Schichten zersetzen sich tatsächlich sogar deutlich früher – einige der Schichten ab etwa 100 °C. Um diesen Zersetzungsprozess zu verlangsamen, können die a-C:H-Schichten mit metallischen (a-C:H:Me) und nichtmetallischen (a-C:H:X) Elementen dotiert werden VDI2840. Im Folgenden werden unterschiedlich dotierte Schichten auf ihre Eignung als Verschleißschutzschicht für die Halbwarmmassivumformung untersucht. Einteilung der Belastungsarten im modular aufgebauten Gesenk Für die Untersuchungen wurde ein Vorformprozess für beispielsweise eine Pleuelvorform entwickelt unter der Zielsetzung, ein möglichst heterogenes Verschleißverhalten in einem reproduzierbaren Prozess abzubilden. Die Relativgeschwindigkeit und die Kontaktnormalspannungen bilden die wichtigsten prozessseitigen Verschleißfaktoren. Die Reibung beschreibt das Zusammenwirken zwischen Werkzeug und Werkstück und wird über die Werkstoff- beziehungsweise Schichtauswahl Dipl.-Wirt.-Ing. Andreas Krause, Dr.-Ing. Malte Stonis und Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Hannover In der Halbwarmmassivumformung steigen die mechanischen Belastungen im Gesenk, wodurch erhöhter mechani-scher Verschleiß hervorgerufen wird. Erste Grundlagenuntersuchungen zeigen Mög-lichkeiten, um durch harte Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten diesen Nachteil aufzufangen. Eine Dotierung ermöglicht eine ausrei-chende Temperaturbeständigkeit dieser Schichtart. Insbesondere in Bereichen mit hoher Relativbewegung besitzen die un-tersuchten Schichten Vorteile gegenüber unbeschichteten Gesenken.
2013-03-Schmiede-Journal
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