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EFB-Forschungsbericht Nr. 328

Praxistaugliche Prozessschmierung für das Presshärten borlegierter Stähle

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, M.Sc. Murat Demir, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover, Prof. Dr. rer.nat. Günter Bräuer, Dipl.-Ing. Martin Weber, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik Braunschweig

80 Seiten (sw, 51 teils farbige Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-365-3

Preis (Digital) EUR 56,00

Preis (Print) EUR 63,00

Zusammenfassung

Die stetig steigenden Festigkeitsanforderungen an Blechkomponenten, im Automobilbau, haben in den vergangenen Jahren zu einer zunehmenden Bedeutung des Presshärtens von borlegierten Stählen geführt. Durch die Kombination aus Tiefzie-hen und Wärmebehandlung in einem Prozess, lassen sich Bauteilfestigkeiten von > 1500 MPa erzielen. Ein weiterer Vorteil ist die reduzierte Rückfederung.

Wichtige Aspekte für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sind die Standmenge der Werkzeuge sowie Maschinenstillstandzeiten für die Reinigung der Werkzeuge. Aufgrund der hohen Temperaturen beim Presshärten können konventionelle Schmierstoffe nur mit großen Einschränkungen genutzt werden. Zudem neigt die Blechoberfläche bei der Erwärmung zur Zunderbildung, mit stark abrasiver Wirkung auf die Werkzeuge. Um dies zu verhindern haben sich Blechbeschichtungen etabliert, die wiederum das tribologische Verhalten beeinflussen.

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens bestand daher in der Entwicklung einer praxistauglichen Prozessschmierung für das Presshärten borlegierter Stähle. Dies sollte durch den Einsatz reibarmer Werkzeugbeschichtungen ohne den Einsatz von Schmierstoffemulsionen realisiert werden.

Nach der Entwicklung und Vorauswahl geeigneter Werkzeugbeschichtungen im Labormaßstab erfolgten vergleichende Untersuchungen im Streifenzug unter anwen-dungsnahen Bedingungen. Die Versuchsmatrix umfasste vier Werkzeugbeschichtungen, drei Werkzeugstähle und den Blechwerkstoff 22MnB5 sowohl unbeschichtet als auch mit AlSi- und x-tec®-Beschichtung. Anschließend wurde das Ergebnis in Umformversuchen verifiziert.

Den größten Einfluss auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge wiesen die ver-schiedenen Blechbeschichtungen auf. Während bei unbeschichteten Blechen starker abrasiver Verschleiß auftrat, konnten durch die Wahl einer geeigneten Blechbeschichtung der Verschleiß und die Bildung von Anhaftungen signifikant reduziert werden. Weitere Verbesserungen des Verschleißverhaltens wurden durch die Verwendung von Werkzeugbeschichtungen auf Basis von modifizierten CrN-Schichten und TiAlN erreicht. Der Einfluss der untersuchten Werkzeugwerkstoffe war vergleichsweise gering.

Abschließende Anwendungsversuche beim Tiefziehen pressgehärteter Näpfe mit CrVN beschichteten Werkzeugen aus 1.2367 ergaben in Kombination mit x-tec® be-schichtetem 22MnB5 gute Resultate. Auf den Einsatz von Schmierstoffen konnte dabei verzichtet werden. Adhäsionserscheinungen auf dem Werkzeug waren auf ein Minimum reduziert.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Praxistaugliche Prozessschmierung für das Presshärten borlegierter Stähle“ wurde unter der Fördernummer AiF 14979N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (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. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 328 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1.Forschungsthema
2.Zusammenfassung
3.Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
3.1Ausgangssituation
3.2Problemstellung beim Presshärten
3.3Stand der Forschung
3.3.1Anforderungen an Fahrzeugkomponenten
3.3.2Hoch- und höchstfeste Stähle
3.3.3Das Presshärten
3.3.4Werkzeugbeschichtungen
3.4Forschungsziel und angestrebte Ergebnisse
4.Durchgeführte Arbeiten und erzielte Ergebnisse
4.1Schichtscreening, Schichtentwicklung
4.1.1Chrombasierte Schichten
4.1.2Borbasierte Schichten
4.1.3Kohlenstoffbasierte Schichten
4.1.4Schichtauswahl für die Streifenziehversuche
4.2Modifikation des Verschleißprüfstandes
4.3Versuche zur Erwärmung der Blechwerkstoffe mit dem Querfeldinduktor
4.4Fertigung / Beschichtung von Probenkörpern für den Verschleißprüfstand
4.4.1Wärmebehandlung der Probenkörper für die Streifenziehversuche
4.4.2Plasmanitrierung und Beschichtung der Probenkörper
4.5Durchführung von Verschleißversuchen
4.6Verschleißanalyse der Probenkörper nach den Anwendungsversuchen
4.6.1Ziele und Vorgehensweise
4.6.2Ergebnisse der Ziehversuche mit 22MnB5 x-tec® beschichtet
4.6.3Ergebnisse der Ziehversuche mit 22MnB5 AlSi beschichtet
4.6.4Ergebnisse der Ziehversuche mit 22MnB5 unbeschichtet
4.6.5Ergebnisse der Dauerziehversuche mit 10.000 Hub
4.6.6Veränderungen am Grundwerkstoff als Folge der Ziehversuche
4.6.7Fazit aus der Verschleißanalyse an den Probenkörpern
4.7Anwendungsversuche beim Presshärten einer Napfgeometrie
4.7.1Fertigung und Beschichtung von Niederhalter und Ziehring
4.7.2Durchführung der Anwendungsversuche
4.8Verschleißuntersuchung an Ziehring und Niederhalter
5.Zusammenfassung der erzielten Ergebnisse
5.1Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den vorgegebenen Zielen
5.2Innovativer Beitrag der erzielten Ergebnisse
6.Verwendung der Zuwendungen und Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit
7.Nutzung und Verwertung der erzielten Forschungsergebnisse
7.1Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse
7.2Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft und Veröffentlichungen
8.Literaturverzeichnis