Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss des Restaustenits auf die Lebensdauer von Werkzeugstahl

Die Wärmebehandlung von Werkzeugstählen wird üblicherweise so angepasst, dass durch zeit- und kostenintensive Tiefkühl- und Anlassbehandlungen vorhandener Restaustenit (RA) im Gefüge entfernt wird, der ansonsten im Anwendungsfall durch dehnungs-induzierter Umwandlung (TRIP-Effekt) zu einer unerwünschten Volumenzunahme führt. Bis heute erscheint dieser Aufwand gerechtfertigt, um den steigenden Anforderungen (z.B. verschleißfest, hohe Lebensdauer, Einhaltung von Maßtoleranzen) an die Werkzeuge gerecht zu werden. In geschmiedeten Bauteilen und in Langprodukten hat sich der RA in Gestalt einer feinverteilten Zweitphase bereits als nützlich erwiesen, um die Zähigkeit und die Ermüdungseigenschaften zu verbessern. Im Rahmen des vorgestellten Vorhabens soll der potenzielle Nutzen des RA im Hinblick auf Anwendungsfälle der KMUs untersucht werden. Für eine gezielte Nutzung des RA ist dessen Stabilität gegen mechanische Belastung ausschlaggebend. Die Stabilitätsfaktoren des RA in Werkzeugstählen sind bis heute unerforscht. Aus der systematischen Studie von Wärmebehandlungsparametern der Werkzeugstahlhersteller leiten sich Zusammenhänge zwischen Prozessparameter und RA-stabilität ab. Die Verknüpfung von statischen und zyklischen Eigenschaften mit der jeweiligen Mikrostruktur offenbaren die treibenden Faktoren der RA-stabilität. Diese Verknüpfungen werden daten-getrieben durch maschinelles Lernen ermittelt zur Bestimmung von Prozess-Struktur und Struktur-Eigenschaft Zusammenhänge. Daraus ergeben sich die Stellschrauben der Wärmebehandlung zur gezielten Einstellung des RA, wodurch sich der RA maßgeschneidert für den Anwendungsfall einstellen lässt. Das Vorhaben ermöglicht es KMUs in Zukunft ihre Wärmebehandlung anwendungsorientiert anzupassen und robuste Aussagen in der Qualitätsprüfung zu treffen. KMUs im Bereich der Werkzeuganwendung profitieren von Mikrostruktur-optimierten Werkzeugen mit geringeren Standzeiten durch eine erhöhte Lebensdauer.