Grundlegende Untersuchungen von gradientenabhängigen nitrierten Schmiedewerkzeugen in der Warmmassivumformung unter zyklischen thermomechanischen Beanspruchungen

Das Nitrieren von Werkzeugen zählt bei Schmiedeanwendungen mittlerweile zum Stand der Technik und wird industriell eingesetzt. Durch das Eindiffundieren von Stickstoff in den Werkzeugwerkstoff kommt es zu einer Umwandlung der oberflächennahen Bereiche, die zu einer Verbesserung der Warmfestigkeit, des Verschleißwiderstandes, der Dauerfestigkeit und der Korrosionsfestigkeit führt. Auch wenn eine allgemeine Verbesserung der Werkzeugstandmengen durch das Nitrieren bekannt ist, gibt es noch keine Modellierungstechnik um eine genaue numerische Verschleißberechnung nitrierter Schmiedewerkzeuge durchzuführen.

Im Rahmen des beantragten Projektes soll solch eine Modellierungstechnik zur numerischen Verschleißberechnung nitrierter Schmiedewerkzeuge ausgearbeitet werden. Zur Beschreibung der Härteveränderung sind Prüfmethoden zur Charakterisierung des Härteverhaltens bei zyklisch-thermischer sowie zyklisch-thermomechanischer Beanspruchung zu entwickeln. Im Schmiedeprozess sind die Werkzeuge nicht nur thermischen Belastungen ausgesetzt, sondern einem komplexen Belastungskollektiv. In der Literatur ist beschrieben, dass die mechanische Belastung die Austenitstarttemperatur Ac₁ von Warmarbeitsstählen senkt. Daher soll das Zeit-Temperatur-Austenitisierverhalten anhand von aufzunehmenden Zeit-Austenitisierungs (ZTA)-Schaubildern mit einer überlagerten mechanischen Belastung untersucht werden. Die sich in Abhängigkeit von Temperatur und mechanischer Belastung einstellende Härte wird experimentell durch Härtemessungen ermittelt. Die so gewonnenen Härtekurven werden anschließend in ein kommerzielles FE-Programmsystem implementiert. Abschließend erfolgt die Validierung des Verschleißmodells an einem Napfrückwärtsfließpress-Prozess (NRFP-Prozess). Das zur Verfügung stehende Ergebnis ist somit eine neue Modellierungstechnik, mit der realitätsnah der Werkzeugverschleiß in der Massivumformung vorhergesagt werden kann.