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Entwicklungen zum Plasmanitrieren von Warmarbeitsstählen und deren Eignung für thermische Belastung

Halle 2 Bestandteil von:
Postersession Postersession
Mittwoch (18.09.2019)
09:00 - 15:30 Uhr

Warmarbeitsstähle werden in der Industrie für viele Werkzeuge in warmformgebenden Fertigungsverfahren eingesetzt, wie z.B. beim Gesenkschmieden, beim Presshärten oder im Leichtmetallguss. Die Werkzeuge unterliegen prozessbedingt einem komplexen mechanischen, thermischen und tribologischen Verschleiß, der zum Ausfall der Werkzeuge führt. Um die Standzeit der Werkzeuge und damit die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen, werden diese in der Praxis häufig durch Nitrieren zusätzlich randschichtgehärtet. Hierdurch sind die Funktionsflächen zwar deutlich verschleißbeständiger gleichzeitig steigen aber auch die Riss- und die Oxidationsneigung der Oberflächen stark an.

Sowohl die Werkstoffauswahl als auch die Plasmanitrierbehandlung haben einen erheblichen Einfluss auf die Randschichteigenschaften. Zudem wurde bei der Entwicklung von Warmarbeitsstählen ursprünglich selten eine zusätzliche Randschichthärtung mittels Nitrieren vorgesehen. Durch eine Plasmanitrierung wird dem Werkstoff atomarer -Stickstoff an der Stahloberfläche bereitgestellt. Der Stickstoff diffundiert in den Werkstoff. Dieser Vorgang wird maßgeblich durch die Temperatur, die Zeit und die Gaszusammensetzung beeinflusst. Es kommt zur Bildung von Eisennitriden direkt an der Oberfläche als auch zu Nitriden der Legierungselemente. Diese können dann ihre ursprüngliche Aufgabe im Stahl nicht mehr erfüllen und es kann zu einer verstärkten Riss- und die Oxidationsneigung kommen.

Um das unterschiedliche Verhalten verschiedener Stahlsorten zu untersuchen, wurden statische Temperofenversuche mit plasmanitrierten Stählen durchgeführt und die Proben anaylsiert. Es zeigen sich große Unterschiede zwischen den am Markt verfügbaren Warmarbeitsstählen. Die Ergebnisse werden durch zyklische Thermoschockversuche als auch reale Schmiedeversuchen evaluiert. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für eine zukünftige gezielte Auswahl nitriergerechter Warmarbeitsstähle und deren Weiterentwicklung.