Untersuchungen zur Vorformung von Stahl im Halbwarmtemperaturbereich mit modifizierten kohlenstoffbasierten Schichtsystemen

Die Halbwarmmassivumformung stellt aufgrund guter Bauteileigenschaften eine interessante Alternative zur Warmmassivumformung dar. Angesichts der geringeren Umformtemperatur und der dadurch erhöhten Fließspannung des umzuformenden Materials verschiebt sich das Beanspruchungskollektiv im Gesenk zu höheren mechanischen und geringeren thermischen Beanspruchungen. Um Verschleiß entgegenzuwirken, sind entsprechend angepasste Gesenkmaterialien und Verschleißschutzschichten notwendig. Aufgrund ihrer hohen Härte und ihres guten Reibverhaltens scheinen wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten für dieses Anwendungsgebiet geeignet zu sein.

Verschiedene wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten wurden auf Gesenke abgeschieden und deren Verschleiß nach Durchführung von Massivumformversuchen charakterisiert. Die Ergebnisse belegen die Eignung der Schichten als Verschleißschutzschicht für das genannte Beanspruchungskollektiv. Für eine mit 40 At-% Chrom dotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht konnte nachgewiesen werden, dass diese einen effektiven Verschleißschutz bis zu einer Umformtemperatur von 950 °C bietet. Hierbei resultieren am Gesenk Oberflächentemperaturen bis etwa 510 °C.

Halbwarmmassivumformung, Verschleiß, diamond-like carbon (DLC)

Die Verringerung des Werkzeugverschleißes ist ein effektiver Weg, um Kosten in der Massivumformung einzusparen. Um die Standzeit der Werkzeuge zu verlängern werden daher spezielle Beschichtungen und Wärmebehandlungen eingesetzt. Diamond like Carbon (DLC) Schichten zeigen eine hohe Härte und sehr gute Reibeigenschaften. Aufgrund des Verhaltens bei hohen Temperaturen sind diese Schichten für die Warmmassivumformung jedoch ungeeignet. Aufgrund des geringeren Wärmeeintrags in der Halbwarmumformung könnten die Schichten jedoch für die Halbwarmumformung geeignet sein. Da die Reibung ein wichtiger verschleißbeeinflussender Faktor ist werden in diesem Paper die Reibeigenschaften von DLC Schichten in der Halbwarmumformung mit Hilfe des Ringstauchversuchs untersucht. Es werden eine amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoffbeschichtung und sechs metallisch amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten (Cr, V und W jeweils in zwei Varianten) an CrN und ohne Beschichtung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass DLC mit- und ohne metallische Dotierung in der Lage sind die Reibeigenschaften in der Halbwarmumformung zu verbessern und den Verschleiß zu reduzieren.

diamond-like carbon (DLC), Reibung, Halbwarmmassivumformung, Massivumformung, Ringstauchversuch

Aufgrund hoher mechanischer Belastungen bei der Halbwarmmassivumformung ist die Werkzeugoberfläche hohem Verschleiß ausgesetzt. In diesem Artikel wird die Eignung einer mit 40 % Chrom dotierten amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschicht als Verschleißschutzschicht für die Massivumformung beschrieben. Dazu wurden Werkstücke bei Temperaturen zwischen 650 und 1200 °C auf beschichteten Gesenkeinsätzen abgeschmiedet. Anschließend wurden die Schichten analysiert und ihre Verschleißeigenschaften bewertet.

Beschichtungen, Schmieden, Umformtechnik

In der Halbwarmmassivumformung steigen die mechanischen Belastungen im Gesenk, wodurch erhöhter mechanischer Verschleiß hervorgerufen wird. Durch harte Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten kann dieser Nachteil aufgefangen werden. Eine Dotierung ermöglicht eine ausreichende Temperaturbeständigkeit dieser Schichtart. Insbesondere in Bereichen mit hoher Relativbewegung besitzen die untersuchten Schichten Vorteile gegenüber unbeschichteten Gesenken.

diamond-like carbon (DLC), Halbwarmmassivumformung, Verschleiß

Diamond-Like Carbon Schichten (DLC-Schichten) sind antiadhäsiv und extrem hart (bis zu 3.500 HV) und eignen sich somit hervorragend als Verschleißschutzschichten. Diese Eignung zur Reduktion des Werkzeugverschleißes in der Halbwarmmassivumformung wird im IPH simulativ und experimentell untersucht.

DLC, Verschleißschutz, Warmumformung

Halbwarm geschmiedete Bauteile zeichnen sich durch gute Oberflächeneigenschaften und hohe Maßhaltigkeit aus. Nachteilig ist der im Vergleich zur Warmumformung hohe Verschleiß der Umformwerkzeuge aufgrund einer höheren mechanischen Belastung. Diamond-Like Carbon Schichten (DLC-Schichten) sind antiadhäsiv und extrem hart (bis zu 3.500 HV) und eignen sich somit als Verschleißschutzschichten. Diese Eignung wird am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH simulativ und experimentell untersucht. Hierzu wurde ein modularer Versuchsstand entwickelt, der die Erfassung relevanter Prozessparameter, z. B. der Werkzeugtemperatur, ermöglicht. Ziele des Projekts sind die Verschleißreduzierung und die Darstellung des Verschleißprozesses in Abhängigkeit der Prozessparameter.

DLC, Verschleißschutz, Warmumformung

Maßhaltigkeit und Oberflächengüte fordern die Verschleißschutzschicht als Konstruktionselement für Schmiedewerkzeuge. Das setzt die Charakterisierung weiterer Schutzschichten über das thermochemische Randschichthärten voraus. Ansätze bieten laserdispergierte Hartstoffschichten bei Schmiedewerkzeugen für Aluminiumteile sowie DLC-Schichten in der Halbwarmumformung.

Aluminiumschmieden, Verschleiß, Verschleißschutzschichten