TU Berlin

BeschichtungstechnikVerbesserung des Eigenschaftsprofils thermisch gespritzter Schichten aus Manganhart¬stählen und metastabilen austenitischen Stählen während der spanenden Bearbeitung

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Verbesserung des Eigenschaftsprofils thermisch gespritzter Schichten aus Manganhart¬stählen und metastabilen austenitischen Stählen während der spanenden Bearbeitung

IGF-Nr. 16.033 N       

Kurzzusammenfassung

Das Forschungsvorhaben verfolgte das Ziel, die Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflä­chen ther­misch gespritzter Schichten durch eine spannungsinduzierte Martensitbildung beim Zerspanen systema­tisch zu un­tersuchen. Dazu wurden auf Basis einer umfangreichen Literatur­recherche geeignete metasta­bile austeniti­sche Stähle und klassische Manganhartstähle ausge­wählt, die als Spritzzusatzwerkstoffe am Markt verfügbar bzw. herstellbar waren. Diese wurden nachfolgend mittels Lichtbogendraht- und Hochge­schwindigkeitsflamm­spritzen verarbeitet, wobei es zunächst notwendig war, geeignete Prozessparameter zu finden. Die ermittelten Spritzpara­meter wurden zur Herstellung verschiedener Proben, insbesondere mit zylindrischer Geometrie, genutzt. Um die zur Zerspanung notwendigen Prozessbedingungen zu ermitteln, die letztlich zur gewünschten Aufhärtung der Schicht führen sollten, wurde ein spezieller Roll-Prüfstand einge­setzt, der sich bereits bei der Charakterisierung von perlitischen und manganhaltigen Stählen (Mas­sivmaterial) bewährt hat. Diese Rolltests haben die Belastungsgrenzen der Spritzschichten aufgezeigt und gleichzeitig verlässliche Hinweise in Bezug auf die Höhe der notwendigen Min­destbelastung erbracht. Diese Ergebnisse konnten genutzt werden, um die nachfolgende statisti­sche Versuchsplanung für die Zerspanversuche auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Der Fokus dieses Arbeitspakets lag auf der Ermittlung von Zerspanparametern, die einerseits eine möglichst hohe Aufhärtung bewirken und anderer­seits ökonomisch sinnvolle Werkzeugstand­zeiten gewährleisten. Da der erste der beiden Aspekte auf­grund der charakteristischen Mikro­struktur der Lichtbogenspritzschichten nicht hinreichend erfüllt werden konnte, wurden die nach­folgenden Untersuchungen auf HVOF-Schichten be­schränkt. Diese zeigten bei optimierten Zerspanparametern eine signifikante Steigerung der Härte von über 10%. Gleichzeitig konnte das Potenzial einer weiteren Nachbearbeitungsmöglichkeit, des Glattwalzens, ge­zeigt werden.

Auf Basis der erfolgten Untersuchungen ist eine weitere Verbesserung der chemischen Zusam­mensetzung der metastabilen austenitischen Werkstoffe möglich, die in Richtung klassischer Manganhartstähle mit höhe­ren Mn-Gehalten verändert werden sollten. Darüber hinaus wurde eindeutig aufgezeigt, welche Stra­tegien der Schichtherstellung zum Erfolg führen und wo ein Verbesserungspotenzial besteht. Insbeson­dere Lichtbogen­spritzschichten sollten durch eine höhere Prozesskinetik (Hochgeschwindigkeitslichtbo­genspritzen) optimiert werden. Die Füll­drähte sollten wesentlich feinere Füllungspartikel aufweisen, die eine bessere Legierungsbil­dung ermöglichen. Im Bereich des HVOF-Spritzens können die Pulver auf Ba­sis von X120Mn12 als geeignet und für KMU einsetzbar eingestuft werden. Ein großes Potenzial für die praktische An­wendung ergibt sich darüber hinaus aus dem Einsatz kombinierter Nachbearbeitungsmetho­den. Perspektivisch wäre es denkbar, den Dreh- und Glattwalzprozess in einer Aufspannung zu reali­sie­ren, was optimale Bauteileigenschaften bei vertretbarem Nachbearbeitungsaufwand erwarten lässt.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben 16.033 BG der Forschungsvereinigung Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Ge­mein­schaftsforschung und ‑entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Für diese Förderung und Unterstüt­zung sei herzlich gedankt.

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