Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung des Einsatzverhaltens von Werkzeugen der Warmformgebung durch nitriergerechte Auswahl von Warmarbeitsstählen (ehemals VP 1251)

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens soll ein grundlegendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Materialeigenschaften kommerzieller Warmarbeitsstähle vor und nach der Nitrierung und deren Auswirkung auf das Einsatzverhalten bei der Warmformgebung erarbeitet werden. Ziel dieser Untersuchungen ist es, die zur Steigerung der Verschleißbeständigkeit eingesetzte Anwendung von Nitrierbehandlungen an Warmarbeitsstählen in Prozessen der Warmformgebung zu optimieren. Auf Basis einer umfassenden Analytik der belastungsspezifischen Oberflächen- und Randzonenveränderungen sollen Erklärungs- und Optimierungsansätze abgeleitet werden, um durch eine nitriergerechte und anwendungsbezogene Auswahl von Warmarbeitsstählen das Einsatzverhalten von Werkzeugen in der Warmformgebung zu verbessern.

Nach einer Auswahl relevanter, auf dem Markt verfügbarer Warmarbeitsstähle werden Probekörper gefertigt und unterschiedlich nitriert. Anschließend werden die auftretenden Beanspruchungen realer Prozesse der Warmformgebung schrittweise in unterschiedlichen Anwendungstests abgebildet und die auftretenden Effekte in einer umfangreichen Oberflächen- und Randschichtanalytik dokumentiert, gegenübergestellt und Optimierungsansätze abgeleitet. Diese werden auf Werkzeuge für industrielle Prozesse der Warmformgebung übertragen und durch Standmengenuntersuchungen validiert. Abschließend werden alle erarbeiteten Ergebnisse als Handlungsempfehlungen zusammengefasst und den branchenrelevanten Unternehmen zur Verfügung gestellt.

Die angestrebten Handlungsempfehlungen zur Auswahl einer prozessspezifischen Kombination aus Warmarbeitsstahl und Nitrierbehandlung führt zu einer Steigerung der erreichbaren Werkzeugstandmenge für Prozesse der Warmformgebung. Kleine und mittlere Unternehmen der Branche profitieren von den Ergebnissen in Form einer effektiven Maßnahme zur Steigerung der Standmenge von Werkzeugen für die Warmformgebung.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden alternative Stahlwerkstoffe für Werkzeuge der Warmformgebung als Ersatz für klassische Warmarbeitsstähle identifiziert und deren Nitrierbarkeit bewertet. Alle alternativen Werkstoffe konnten erfolgreich nitriert werden. Durch statische Ofentemperversuche sowie dynamische Temperversuche wurde das grundlegende Werkstoffverhalten hinsichtlich Oxidationsneigung und Rissbildung bei verschiedenen Nitrierzuständen betrachtet. Beide Versuche dienten der Untersuchung der Werkstoffe unter annährend isolierten Belastungen. Die Ergebnisse zeigen ein zum Teil simultanes Verschleißverhalten aus Rissen und Oxidation. Hierbei konnten wichtige Hinweise zum Verschleißverhalten der Werkstoffe gewonnen werden und ein werkstoffspezifisches Verhalten herausgestellt werden. Durch Serienschmiedeversuche konnte das unterschiedliche Werkstoffverhalten bestätigt werden. Es kamen u.a. die nicht typischen Werkstoffe 1.2362, 1.2363 sowie 1.8550 zum Einsatz, wobei besonders die beiden zuerst genannten Werkstoffe ein vergleichbares Werkstoffverhalten im Vergleich zu typischen Warmarbeitsstählen zeigen. In Industrieversuchen bei Anwendungspartnern konnten die Werkstoffe zunächst nicht vollständig überzeugen, da diese nicht die üblichen Standmengen der Referenzwerkzeuge erreicht haben. Dies wurde jedoch auch durch Gesenkbrüche begründet, während die Oberflächen der Versuchswerkzeuge häufig noch nicht verschlissen waren und hätten weiter eingesetzt werden können. Die Werkstoffe werden auch nach Projektende weiter in industriellen Anwendungstests erprobt. Die spätere Anwendung in Industrieprozessen ist denkbar, es sind jedoch noch weitere Untersuchungen notwendig, um die Eignung bewerten zu können.