Fachbeiträge Bild 1: Versuchsgesenk zur Grundlagenuntersuchung mit wechselbarem Gesenkeinsatz und Darstellung der Verschleißbereiche und Messstellen. SchmiedeJOURNAL März 2013 41 Bild 2: Versuchsauswertung für den unbeschichteten Gesenkeinsatz. sowie die Schmierung determiniert. Auf Basis dieser drei Größen kann der erwartete Verschleiß mit gängigen Stoffflusssimulationsprogrammen berechnet werden. Um eine hohe Anzahl an DLC-Schichten untersuchen zu können, wurde ein modulares Werkzeugsystem konstruiert – bestehend aus zwei flächensymmetrischen Gesenkhälften und einem wechselbaren Gesenkeinsatz (Bild 1). Dies ermöglicht den Tausch des Gesenkeinsatzes – der die wesentliche Verschleißfläche bietet und aufgrund seiner gleichmäßigen länglichen Geometrie gut analysiert werden kann – und die Weiternutzung der beiden Gesenkhälften. Über geregelte Heizpatronen wird das Werkzeug für die Schmiedeversuche auf 200 °C erwärmt. Der wechselbare Gesenkeinsatz weist drei Verschleißbereiche auf, die unterschiedliche Verschleißbedingungen abbilden. Da das erwärmte zylindrische Werkstück zum Schmieden links (am Pleuelfuß) eingelegt wird, resultieren im Bereich 3 hohe Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der Gravur. Die resultierenden Kontaktnormalspannungen sind in diesem Bereich vergleichsweise gering. Im Bereich 2 entstehen während der gesamten Umformung die höchsten Kontaktnormalspannungen und der Wärmeeintrag ist hier am höchsten. Da sich in diesem Bereich jedoch die Fließscheide des Werkstücks befindet, sind die Relativbewegungen zwischen Werkstück und Gravur hier am geringsten. Der prognostizierte Verschleiß ist daher innerhalb des Bereichs sehr gering. Im Bereich 1 liegen die Relativgeschwindigkeit und die Kontaktnormalspannung jeweils zwischen den Extrema in den anderen beiden Bereichen. Durch diese drei unterschiedlichen Bereiche kann bei der Auswertung der beschichteten Gravureinsätze die Abhängigkeit des Verschleißes der DLC-Schichten von den Größen „Relativgeschwindigkeit“ und „Kontaktnormalspannung“ analysiert werden. Analyse des Verschleißes unter Variation der Verschleißschutzschicht Um das Verschleißverhalten verschiedener DLC-Schichten zu analysieren, wurden Umformversuche mit dem oben beschriebenen Versuchsaufbau bei einer Werkstücktemperatur von 750 °C durchgeführt. Hierzu wurde eine a-C:H-Schicht sowie metallisch dotierte a-C:H:Me-Schichten direkt auf die Gesenke (Stahl 1.2343) aufgebracht. Der Beschichtungsprozess dauerte etwa 2,5 Stunden und die resultierende Schichtdicke betrug 3 bis 3,5 mm. Als Dotierungselemente wurden Chrom (Cr), Vanadium (V) und Wolfram (W) jeweils in zwei unterschiedlichen Dotierungsanteilen genutzt. Der Dotierungsanteil gibt an, wie viel Prozent des Dotierungselements durchschnittlich in der Schicht enthalten sind. So kennzeichnet beispielsweise a-C:H:Cr(40) eine mit 40 Prozent Chrom dotierte Schicht. Zur Referenzierung wurde ein unbeschichteter Gesenkeinsatz genutzt. Je Schicht wurden 100 Schmiedungen mit vorgraphitierten Stangenabschnitten aus 1.7225 (42CrMo4) durchgeführt. Zur Auswertung der Ergebnisse wurden die Schichten vor und nach den Versuchen an verschiedenen Stellen (A bis M) in unterschiedlichen Vergrößerungen fotografiert und Rauheitsmessungen an der Ober
2013-03-Schmiede-Journal
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