Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Einflüsse von Werkstoffgefüge, Eigenspannungszustand und Beanspruchungsbedingungen auf die Schwingfestigkeit mehrachsig, zyklisch beanspruchter karbidreicher Werkzeugstähle

Werkzeugstähle werden industriell zur Werkzeug- und Bauteilherstellung u.a. in den Bereichen Massivumformung, spanende Bearbeitung, Stanzen, Fließpressen oder Kunststoffverarbeitung eingesetzt, wobei ein Großteil der Betriebe den KMU zuzuordnen sind. Durch Optimierung von Eigenschaften wie z.B. Verschleißwiderstand wurden die Standzeiten kontinuierlich gesteigert, sodass mittlerweile die Schwingfestigkeit bzw. der Widerstand des Werkstoffgefüges gegen mechanische Ermüdung versagensrelevant wird und den lebensdauerbegrenzenden Faktor darstellt. Im Realbetrieb von Werkzeugen treten oft hohe statische und zyklische Kräfte sowie mehrachsige Spannungszustände auf. Insgesamt mangelt es aber an grundlegenden Daten und Erkenntnissen über die Schwingfestigkeiten von Werkzeugstählen. Speziell an Wissen zum Einfluss von Gefüge- und Belastungsvariationen wie Matrixhärte, Karbidgehalt, Eigen- sowie Mittelspannungen und Mehrachsigkeit. Einflüsse von durch Oberflächenbehandlungen oder Fertigung eingebrachten Eigenspannungen unter ein- oder mehrachsiger Ermüdung sind nicht untersucht. Es existieren keine Ansätze zur Beschreibung der Mittelspannungsempfindlichkeit und zur mehrachsigen Auslegung dieser harten, ultrahochfesten Werkstoffe. Gerade für KMU würde ein praxistaugliches Auslegungskonzept, das Mehrachsigkeit, Karbidgehalt und Eigenspannungen berücksichtigt, einen großen Nutzen darstellen. Werkzeuge könnten werkstoffspezifisch und im Hinblick auf Ermüdung ausgelegt werden, wodurch die Lebensdauer gesteigert würde. Insgesamt ergibt sich ein direkter Beitrag sowohl zur Ressourceneffizienz als auch zur gezielten Werkstoffweiterentwicklung sowie neues Innovationspotential für KMU und ihre Produkte. Daher fokussiert das Vorhaben die Entwicklung eines Auslegungskonzeptes für mehrachsig beanspruchte Werkzeuge aus Werkzeugstahl, wobei die Verbesserung der Treffsicherheit von Versagenshypothesen wie der QVH sowie die Berücksichtigung von komplexen Eigenspannungen Schwerpunkte bilden.