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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Boridische Oberflächen und Randschichten für die Warmformgebung

Wednesday (18.09.2019)
15:00 - 15:30 Uhr Masing Saal
Bestandteil von:


Prozesse der Warmformgebung unterliegen häufig hohen thermo-mechanischen bzw. –chemischen, zyklischen Belastungen und benötigen darauf angepasste verschleißfeste Werkzeuge, um eine effiziente Produktion zu ermöglichen.

Boridische Materialien bieten die hierzu passende Funktionalität, die dieses Anforderungsprofil hinsichtlich chemischer und thermischer Beständigkeit bei gleichzeitig exzellenten mechanischen Eigenschaften erfüllen. Die präsentierten Materialsysteme werden durch zwei unterschiedliche Behandlungsansätze bereitgestellt: die Applikation neuartiger Beschichtungen und das Borieren der Werkzeuge.

PACVD-Beschichtungen ermöglichen die Entwicklung von Elementsystemen bestehend aus dem Übergangsmetall Titan mit Bor, Stickstoff, Kohlenstoff und Silizium. Aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften ist eine hervorragende Verschleißfestigkeit gegen abrasiven und adhäsiven Verschleiß auch unter hoher mechanischer und thermischer Belastung nachweisbar. Die mikrostrukturelle Zusammensetzung der Beschichtungen besteht aus in eine amorphe Matrix eingebetteten Nanokristalliten. Voruntersuchungen mit In-situ-Phasenanalysen unter Temperaturen bis 750 °C zeigen, dass sich die mechanischen Eigenschaften aufgrund von Anpassungen in der strukturellen Zusammensetzung optimieren lassen. Tribologische Untersuchungen unter Hochtemperaturbedingungen zeigen demnach eine verbesserte Verschleißfestigkeit speziell von Si-haltigen Systemen, die außerdem chemisch und thermisch stabil sind.

Neu entwickelte Diffusionsprozesse verwenden Bor als Diffusionselement zur Erzeugung harter und gut haftender Randschichten. Ziel der Prozesse sind hochtemperaturbeständige Boridzonen an der Oberfläche mit Härten von über 1.500 HV beim relevanten Warmarbeitsstahl (AISI H11). Die für die Diffusion notwendigen hohen Prozesstemperaturen von über 730 °C erweichen dabei das Grundmaterial. Eine nachträgliche Wärmebehandlung nach dem Borierprozess stellt die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials wieder her und erzeugt höhere Randschichthärten durch eine veränderte Phasenzusammensetzung in der Boridzone. REM-Analysen zeigen eine porenfreie Deckschicht mit einer Dicke von 10 µm bis 25 µm und mit guter Schichthaftung zwischen der Diffusionszone und dem Basismaterial.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Hanno Paschke
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Weitere Autoren/Referenten:
  • Martin Weber
    Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
  • Alexander Nienhaus
    IOT - Institut für Oberflächentechnik der TU Braunschweig
  • Peter Kaestner
    IOT - Institut für Oberflächentechnik der TU Braunschweig
  • Prof. Dr. Günter Bräuer
    IOT - Institut für Oberflächentechnik der TU Braunschweig
  • Tom Petersen
    IFUM - Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover
  • Kai Brunotte
    IFUM - Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover
  • Prof. Dr. Bernd-Arno Behrens
    IFUM - Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover,
  • Stefan Kuhnke
    FZS – Forschungszentrum Strangpressen der TU Berlin
  • Prof. Dr. Sören Müller
    FZS – Forschungszentrum Strangpressen der TU Berlin