Fachbeiträge Characterisation of the Change in Hardness of Forging Tools under Cyclical Thermal Load Forging tools are exposed to high thermal loads in every forging cycle. This leads to tempering of the tool steel on the surface layer of the tool or even to changes in grain structure, which in turn alters the tool hardness and thus the wear behaviour of the forging tool. For a realistic numerical calculation of die wear, it is necessary to know the hardness evolution under the thermal loads which prevail during forging. Relevant characterisation tests will be presented in the following. Schmiedewerkzeuge sind in jedem Schmiedezyklus hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. In der Werkzeugrandschicht kommt es dabei zu Werkstoffanlassen oder sogar zu Gefügeänderung. Dadurch ändert sich die Werkzeughärte und als Folge das Verschleißverhalten des Schmiedewerkzeugs. Für eine realitätsnahe numerische Berechnung des Gesenkverschleißes ist die Kenntnis der Härteevolution unter schmiedetypischen thermischen Belastungen die Voraussetzung. Entsprechende Charakterisierungsversuche werden im Folgenden dargestellt. Einleitung und Motivation Die thermische Belastung ist die entscheidende Beanspruchungsart von Schmiedewerkzeugen und die Hauptursache für deren Ausfall Sai01, Cal02, Min02, Bar04. Um den Fließwiderstand des Werkstücks zu reduzieren, wird dieses oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt. Für den Werkstoff Stahl werden Temperaturen bis zu 1.250 °C verwendet. Aufgrund der hohen Drücke im Werkzeug Werkstückkontakt in Kombination mit hohen tribologischen Beanspruchungen erhöht 34 SchmiedeJOURNAL September 2014 sich die Werkzeugoberflächentemperatur von Schmiedewerkzeugen stark. Prozessabhängig werden Temperaturen von 600 bis 920 °C für die Werkzeugoberfläche angegeben Dea79, Jeo01, Des11. Bei Annahme einer Spitzentemperatur von 700 °C und einer Grundtemperatur von 200 °C, ergibt sich eine Temperaturerhöhung der Randschicht von 500 °C, welche während der Umformphase eintritt. In der Literatur werden als Kontaktberührzeit für Exzenterpressen 72 bis 135 ms angegeben Shi08, Bar04. Die sich dabei einstellende Aufheizrate beim Schmieden auf Exzenterpressen liegt zwischen 6.900 K/s und 3.700 K/s und die Abkühlraten bei über 1.000 K/s Wal99. Trotz zurückhaltender Annahme der Randschichttemperaturen und Kontaktberührzeiten zeigen die berechneten Aufheiz und Abkühlraten deutlich, dass der Werkzeugrandschichtwerkstoff extrem hohen Beanspruchungen ausCharakterisierung der Härteveränderung von Schmiedewerkzeugen unter zyklischer thermischer Beanspruchung Dipl.-Ing. Andreas Klassen, Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Anas Bouguecha, Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Hannover und Dr.-Ing. Ralph Bernhardt, Hamburg
SchmiedeJOURNAL
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