Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Festklopfen und Festwalzen von austenitisch - ferritischem Gusseisen (ADI)

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Prozesskette im Werkzeug- und Formenbau signifikant zu verkürzen und den Werkstoff EN-JS2070 für anspruchsvollere Aufgaben, wie dem Tiefziehen höherfester Bleche, zu qualifizieren. Dafür soll eine angepasste ADI-Wärmebehandlung an dem Werkstoff durchgeführt werden. Durch die Verfahren Festklopfen und Festwalzen wird die Oberfläche danach optimal eingeglättet als auch gehärtet. Die Substitution der manuellen Polierarbeit und des Härtens durch die Verfahren der maschinellen Oberflächeneinglättung ist somit möglich. Ein weiteres Ziel ist, das Abrieb- und Verschleißverhalten sowie die Beschichtbarkeit des Werkstoffes aufzuzeigen. Dafür wird der wärmebehandelte und geklopfte/gewalzte EN-JS2070 mit Standardwerkstoffen (gehärtet, beschichtet) im Streifenziehversuch verglichen.

Die Forschungsergebnisse nutzen vor allem dem Industriezweig des Werkzeug- und Formenbaus, der gemäß dem VDWF stark mittelständisch geprägt ist. So können neue und innovative Produkte für die Umformindustrie bei verkürzter Fertigungsdauer und gesteigerter Werkzeughaltbarkeit (Verschleißfestigkeit durch Aufhärtung) bereitgestellt werden. Die Prozesskettenverkürzung erlaubt verringerte Durchlaufzeiten der Werkzeuge in der Fertigung. Zusammen mit dem Alleinstellungsmerkmal eines kostengünstigen Werkzeugwerkstoffs für die Umformung von höherfestem Stahlblech ist es möglich, sich von lohnkostengünstigen Mitbewerbern aus dem Ausland abzuheben. Der Einstieg in die Fertigungstechnologie des Festklopfens und Festwalzens wird durch die geringen Investitionssummen für ein entsprechendes System sowie der einfachen Integrierbarkeit in bestehende Produktionsanlagen stark erleichtert. Aus den Ergebnissen des Projektes werden Handlungsrichtlinien abgleitet, so dass eine zeitnahe Umsetzung der neuen Prozesskette in den Unternehmen möglich ist.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde der Grauguss EN-JS2070 mittels gezielter, zweistufiger Wärmebehandlung als sogenannter austempered-ductile iron (ADI) eingestellt. Das Gefüge des ADI weist metastabilen Austenit auf, der unter mechanischer Belastung in harten Martensit umwandelt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Härtesteigerung des ADI mit einer maschinellen Oberflächeneinglättung zu kombinieren, um die Prozesszeit im Werkzeugbau zu reduzieren. Zur Oberflächeneinglättung und entsprechend auch zur Einbringung der notwendigen mechanischen Lasten zum Umwandeln des metastabilen Austenits in harten Martensit, wurden das maschinelle Oberflächenhämmern und das Festwalzen eingesetzt. Mit beiden Verfahren werden Oberflächen mit Polierqualität (Ra<0,1µm) erzielt. Im Gegensatz zum EN-JS2070 im Ausgangszustand führt eine mechanische Oberflächeneinglättung mit hohen Lasten am ADI zu signifikantem Anstieg der Härte ohne Oberflächenzerrüttung. Verschleißversuche an hochfesten Blechen zeigen, dass der Verschleißmechanismus von vornehmlich abrasiv (ENZS2070) zu vorwiegend adtiäsiv beim ADI wechselt. Durch eine Mikrostrukturierung des ADI wird der adhäsive Verschleiß gänzlich unterdrückt. Standzeiten wie an lasergehärteten und polierten Oberflächen sind erreichbar. Eine nachträgliche Nitrierung der Oberfläche ist nicht zielführend. Die erzielten Ergebnisse bieten Werkzeugbauern die Möglichkeit die Kosten je Werkzeug aufgrund einer verkürzten Bearbeitungszeit zu reduzieren. Eingesetzt werden können die Werkzeuge in allen Bereichen der Blechumformung, wie beispielsweise dem Tiefziehen von Karosseriebauteilen.