Untersuchungen zur Vorformung von Stahl im Halbwarmtemperaturbereich mit modifizierten kohlenstoffbasierten Schichtsystemen

Thema Werkzeug- und Formenbau, Umformtechnik
Projekttitel Untersuchungen zur Vorformung von Stahl im Halbwarmtemperaturbereich mit modifizierten kohlenstoffbasierten Schichtsystemen (Halbwarm DLC2)
Laufzeit 01.08.2017 – 30.09.2020
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Pressemitteilung

Halbwarm geschmiedete Bauteile besitzen gegenüber warm geschmiedeten Bauteilen bessere Oberflächeneigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit. Von Nachteil ist der höhere Verschleiß der Schmiedegesenke aufgrund höherer mechanischer Belastung. Als Verschleißschutzschicht können Diamond-Like-Carbon Schichten (DLC-Schichten) eingesetzt werden, die antiadhäsiv und extrem hart sind (bis zu 3.500 HV). Im ersten Förderzeitraum des Forschungsprojektes wurde der Einfluss von verschiedenen Beschichtungstypen und Prozesstemperaturen auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass DLC-Schichten den Werkzeugverschleiß zum Teil deutlich mindern können, ihre Standzeit jedoch stark temperaturabhängig ist.

Während des zweiten Förderzeitraumes wird darauf aufbauend unter anderem die Auswirkung mehrlagiger DLC-Schichten auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Hierfür wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Oberflächentechnik der TU Braunschweig zusätzlich eine Methode der Temperaturmessung an der Gravuroberfläche mittels Dünnschichtsensoren entwickelt, um die lokale Prozesstemperatur und den lokalen Schichtverschleiß in Zusammenhang setzen zu können. Darüber hinaus wird die minimal notwendige Schmiermittelmenge verschiedener Schmiermitteltypen ermittelt, um abschließend ein Verschleißmodell erstellen zu können – basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen der Schmiedeversuche mit DLC-Schichten.

Veröffentlichungen zum Projekt

Warmgeschmiedete Bauteile haben bessere Oberflächeneigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit als warmgeschmiedete Bauteile. Als Verschleißschutzschichten können diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) eingesetzt werden, die antiadhäsiv und extrem hart (bis 3500 HV) sind, um die Standzeit der Werkzeuge zu erhöhen. In der ersten Förderperiode des Forschungsprojekts am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH und dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) wurde der Einfluss verschiedener Schichttypen und Prozesstemperaturen auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Das Ergebnis ist, dass DLC-Beschichtungen den Werkzeugverschleiß zum Teil deutlich reduzieren können, ihre Standzeit aber stark von der Temperatur abhängig ist. Eine schichtintegrierte Temperaturmessung konnte zu diesem Zeitpunkt aufgrund von Adhäsionsproblemen nicht realisiert werden. In der zweiten Förderperiode wurde der Einfluss von mehrlagigen DLC-Schichten auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Außerdem wurde eine zusätzliche Methode der Temperaturmessung auf der Gravuroberfläche mittels Dünnschichtsensoren entwickelt, um die lokale Prozesstemperatur und den lokalen Schichtverschleiß zu korrelieren. In dieser Arbeit werden die Entwicklung und die Ergebnisse der Dünnschicht-Temperatursensoren vorgestellt, die genauere Temperaturmessungen als die üblicherweise verwendeten Thermoelemente ermöglichen. Ihre Funktionalität und Haltbarkeit unter hohen Belastungen wurden untersucht und erwiesen sich als vielversprechend.

DLC2, Halbwarmschmieden, Schmieden, Verschleiß, Umformung

Massivumgeformte Bauteile werden in vielen Anwendungen im Automobil- und Anlagenbau verwendet. Die Bedingungen unter denen die Bauteile hergestellt werden, häufig bei mehr als 800 °C und tausenden Tonnen Umformkraft, führen jedoch zu einem hohen Gesenkverschleiß. Eine Möglichkeit zur Verminderung des Verschleißes besteht im Einsatz von geeigneten Schutzschichten. Erste Grundlagenuntersuchungen haben die Möglichkeit aufgezeigt, mit dem Einsatz von harten Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten die tribologischen Effekte auf der Gesenkoberfläche deutlich zu reduzieren. Mit neuen Methoden wie beispielsweise dem Einsatz von Multilagenschichten und einer Temperaturmessung mittels Dünnschichtsensoren soll das Potenzial des Verschleißschutzes für die Halbwarmmassivumformung untersucht und ausgebaut werden.

DLC , Halbwarmmassivumformung, Verschleiß

Förderer

Das Projekt mit dem Förderkennzeichen 356851715 wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

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