FE-gestützte Entwicklung hochverschleißfester Warmarbeitswerkzeuge durch eine Legierungsmodifikation in Kombination mit einer prozess- und werkstoffseitig angepassten Nitrierschicht

Das Forschungsvorhaben thematisiert eine speziell an die Anforderungen im Warmumformprozess angepasste Legierungsmodifikation mit einer prozess- und werkstoffseitig angepassten Nitrierbehandlung. Durch einen definierten Nitrierprozess werden verschiedene Nitrierschichtverläufe eingestellt, um deren Einfluss auf das Einsatzverhalten der Werkzeuge zu analysieren. Zur bestmöglichen Reproduzierbarkeit der Nitrierschichten wird das Plasmanitrierverfahren eingesetzt, wobei die Nitrierhärtetiefe und Steigung des Härtegradienten variiert wird. Die Legierungsmodifikation des Warmarbeitsstahls 1.2365 basiert auf dem hinzulegieren von Mangan, um den Effekt der zyklischen Randschichthärtung durch eine Absenkung der Ac_1b-Temperatur zu erhöhen.
Im Rahmen des Projektes werden alternative experimentelle und numerische Verfahren angewendet, um eine Beschreibung der thermischen Werkzeugbelastung zu ermöglichen. Zur Charakterisierung der Randschichtneuhärtung werden zunächst zeit- und temperaturabhängige Härteverlaufskurven mit einem Dilatometer aufgenommen. Um bei diesen Untersuchungen das reale und prozessabhängige Temperaturprofil zu hinterlegen, erfolgt eine numerische und experimentelle Ermittlung des Temperaturprofils in der Werkzeugrandschicht. Es werden Thermoelemente in unterschiedliche Tiefen in Werkzeuge eingebracht und die aus dem Schmiedeprozess resultierenden Temperaturverläufe in der Randschicht ermittelt. Anhand dieser Daten werden die numerisch ermittelten Temperaturverläufe validiert und der Verlauf der Oberflächentemperaturen berechnet. Diese werden als Eingangsgröße für das Temperaturprofil im Dilatometer verwendet. Anschließend werden Serienschmiedeversuche auf einer vollautomatisierten Schmiedeanlage und prozessbegleitende Verschleißanalysen durchgeführt. Mit dieser Vorgehensweise wird eine Untersuchung der Übertragbarkeit des experimentell ermittelten Härteverlaufs mit den im Serienschmiedeprozess ermittelten Verschleißwerten ermöglicht. Die Ergebnisse werden zusätzlich dazu verwendet, ein vorhandenes FE-basiertes Verschleißmodell um den zeit- und temperaturabhängigen Härteverlauf zu erweitern.