Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Lebensdauer nitrierter Schmiedegesenke durch Realisierung duktiler Oberflächenbereiche zur Verbesserung der Rissbeständigkeit

Forschungsziele:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer kostengünstigen und einfach zu realisieren-den Verschleißschutzbehandlung für Schmiedegesenke. Durch eine angepasste Plasmanitrierbehandlung, welche die Vorteile einer konventionellen Nitrierung bietet und gleichzeitig die als nachteilig einzustufende Rissanfälligkeit unterbindet, soll das Verschleißverhalten und damit die Standzeit von nitrierten Werkzeugen der Warmmassivumformung erhöht werden.

Lösungsweg:

- Grundlegende Untersuchung zur generellen Nitrierbarkeit sowie Rissanfälligkeit von Warmarbeits-stählen

- Entwicklung geeigneter Dehnungsfugen zur Steigerung der Rissbeständigkeit an Modellgeometrien

- Anwendung auf Schmiedewerkzeuge (Randschichtbereichen mit verringerter Rissneigung)

- Ermittlung der Rissanfälligkeit behandelter Schmiedewerkzeugen in Serienschmiedeversuchen inkl. Verschleißanalytik

- Übertragung auf industrielle Schmiedeprozesse

Angestrebte Ergebnisse:

- Erkenntnisgewinn über Zusammenhänge zwischen Spannungszuständen in der Randschicht bzw. im Übergang der Diffusionszone und der Rissbildung nitrierter Schmiedewerkzeuge

- Entwicklung angepasster Nitrierbehandlungen zur Verringerung der Rissanfälligkeit von Gesenken

- Ermittlung der Belastungsgrenzen angepasst nitrierter Schmiedegesenke

- Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Schmiedeprozessen durch Standzeitverlängerung

Nutzen für KMU:

Die deutsche Schmiedebranche setzt sich zu 80 % aus KMU zusammen. Der zunehmende Konkurrenzdruck zwingt die Unternehmen zur ständigen Verbesserung ihrer Prozesse, um eine Kostenreduzierung der Produktion von Schmiedebauteilen zu erreichen. Das angedachte Forschungsvorhaben kann aufgrund einer zu erwartenden Erhöhung der Standzeiten nitrierter Schmiedewerkzeuge maßgeblich zu einer Prozessoptimierung beitragen. Neben Unternehmen der Schmiedebranche und den dazu gehörenden Werkzeugherstellern können Lohnbehandler für Nitrierungen (auch KMU) von den erzeugten Ergebnissen profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Bei industriellen Anwendungen sollten primär abrasiv beanspruchte Werkzeugbereiche vollständig diffusionsbehandelt bzw. mit einem geringen abgedeckten Oberflächenanteil strukturiert diffusionsbehandelt werden. Es zeigte sich, dass insbesondere konvexe Radien nahe der Werkzeugmitte von einem hohen Materialabtrag betroffen sind und einen hohen diffusionsbehandelten Oberflächenanteil aufweisen sollten. Weiterhin konnte bei den Versuchsreihen in primär thermisch beanspruchten Bereichen eine tendenziell verbesserte Beständigkeit gegen thermomechanische Rissbildung festgestellt werden. Das Konzept der strukturierten bzw. belastungsangepassten Diffusionsbehandlung zeigte ein hohes Potential zur Reduzierung der Rissbildung im Kerbgrund. Durch die erhöhte Duktilität war von einer geringeren Schädigung auszugehen. Aufgrund der einfachen und vielfältigen Anwendbarkeit der strukturierten Diffusionsbehandlungen ist davon auszugehen, dass bei einer optimalen angepassten Strukturierung weitere Verbesserungen zum Ausgangszustand erzielt werden können. Bei serieller Anwendung des Verfahrens könnten wiederverwendbare Maskierungen hergestellt und eingesetzt werden, wodurch der Strukturierungsaufwand deutlich reduziert werden kann. Daraus leitet sich die nachfolgende Behandlungsempfehlung für Industrieunternehmen ab:

• Primär abrasiv beanspruchte Gesenkbereiche (z. B. konvexe Radien) sollten vollständig bzw. mit einem hohen Oberflächenanteil strukturiert diffusionsbehandelt werden.

• Zyklisch mechanischer Rissbildung (z. B. im Kerbgrund) kann durch eine vollständige Abdeckung bzw. einem hohen strukturiert abgedeckten Oberflächenanteil entgegengewirkt werden.

• Das thermomechanische Rissverhalten kann durch strukturierte Diffusionsbehandlungen bzw. vollständige Abdeckungen verbessert werden (z. B. auf der Gratbahn), jedoch muss die geringere Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß berücksichtigt werden.