Anwendung von Plasmaborierverfahren zur Steigerung der Belastbarkeit von Schmiedegesenken

In der Warmmassivumformung unterliegen Schmiedegesenke prozessbedingt hohen mechanischen, thermischen und tribologischen Wechselbelastungen, die zum Verschleiß der formgebenden Werkzeugkomponenten führen. Die Folgen sind eine erhöhte Ausschussrate an Schmiedeteilen, kostenintensive Nacharbeiten der Werkzeuge sowie Werkzeugkomplettausfälle samt Maschinenstillständen. Die Summe der zuvor aufgeführten Folgen, führt zu einer unwirtschaftlicheren Produktion der Schmiedebetriebe und somit zu einer Reduzierung der Wettbewerbsfähigkeit. Zur Steigerung der Werkzeugstandmenge sowie der Wettbewerbsfähigkeit werden bereits unterschiedlichste Oberflächen- und Randschichtmodifikationen zur Verschleißminderung eingesetzt.

Konventionelle Randschicht- und Oberflächenmodifikationen wie beispielsweise das Nitrieren sorgt zwar für eine erhöhte Randschichthärte und somit für einen erhöhten Verschleißwiderstand gegenüber abrasiven Verschleiß, jedoch sind derartige Diffusionsschichten unter hohen thermischen Wechselbelastungen nicht stabil. Eine Alternative bietet das Borieren. Bei diesem Verfahren wird das Element Bor mittels thermisch aktivierten Diffusionsprozessen in die Oberfläche der Werkzeuge eingebracht und bildet dort in Verbindung mit Eisen und weiteren Legierungselementen des Stahls äußerst harte und thermisch hochstabile Phasen aus.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch den Borierprozess harte und thermisch stabile Verschleißschutzschichten auf konventionell eingesetzte Warmarbeitsstähle zu applizieren. Die randschicht- und oberflächenmodifizierten Werkzeuge werden abschließend unter industriellen Bedingungen hinsichtlich des Verschleißverhaltens untersucht.

Zur Prozessoptimierung werden zunächst Proben der Stähle 1.2343, 1.2367 und 1.2714 mit unterschiedlichen Parametern plasmaboriert. Anschließend werden die Proben metallographisch untersucht und die Härte sowie Reibwerte unter Laborbedingungen bestimmt. Im Anschluss an eine vollumfassende Charakterisierung werden Serienschmiedeversuche durchgeführt, um die Schichtbeständigkeit unter schmiedetypischen Belastungen zu untersuchen.

Abschließend werden ausgewählte Randschichtmodifikationen auf Industriegesenke übertragen und ihr Verschleißverhalten unter Belastungen im Serienschmiedebetrieb analysiert.