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Mechanische Beschichtung fuer die Kaltmassivumformung von Stahl

Marx, Peter :
Mechanische Beschichtung fuer die Kaltmassivumformung von Stahl.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Mechanische Beschichtung fuer die Kaltmassivumformung von Stahl
Language: German
Abstract:

Durch ein mechanisches Strahlverfahren lassen sich Oberflaechenbeschichtungen erzeugen, die in Verbindung mit Schmiermitteln die umweltschaedliche Phosphatierung bei der Kaltmassivumformung von Stahl ersetzen koennen. Zum Einsatz kommen Strahlmittel, die aus Stahlkernen mit zinkreichen Schalen bestehen. Eine Schicht einer sproeden intermetallischen Zink-Eisen-Phase am Uebergang zwischen Schale und Kern bewirkt ein Abplatzen eines Teils der Schale beim Auftreffen der Strahlmittelteilchen. Die Bruchstuecke werden teilweise oder ganz durch ein Reibschweissen auf die Werkstueckoberflaeche aufgetragen. Modellversuche mit einer druckluftbeaufschlagten manuellen Strahlvorrichtung und Versuche mit industriell eingesetzten mechanischen Strahlanlagen zeigen, dass nur ein Teil der Oberflaeche mit einer Beschichtung bedeckt wird. Proben aus Stahl, Kupfer und Aluminium wurden unter verschiedenen Einfallwinkeln und mit unterschiedlicher kinetischer Energie des Strahlmittels behandelt. Die Bestimmung von Schichtgewicht und Flaechenbedeckung der aufgetragenen Schichten erfolgte durch Einsatz von gravimetrischen und rasterelektronenmikroskopischen Verfahren. Die Flaechenbedeckung erreicht einen Saettigungswert, waehrend das Schichtgewicht linear mit der Strahlzeit zunimmt. Es konnte gezeigt werden, dass ein Verschweissen und damit eine Beschichtung nur stattfindet, wenn die Verformung der Werkstueckoberflaeche lokal ausreicht, um Oxidschichten zu entfernen. Halbempirische Ansaetze beschreiben den zunehmenden Einfluss von Strahlzeit, Strahlwinkel und kinetischer Energie der Strahlmittelteilchen auf die Flaechenbedeckung und das Schichtgewicht. Spiketest und Vorwaertsfliesspressen zur Pruefung des Einflusses der Beschichtungen auf die Umformeignung zeigen, dass die Anlagerung von Festschmiermitteln wie Graphit durch die Topographie des Beschichtungsmaterials verbessert wird. In Verbindung mit Schmiermitteln erzielen mechanisch beschichtete Proben vergleichbare Umformkraefte und Spikehoehen wie die als Referenz dienenden phosphatierten und mit Seife behandelten Proben. Industrielle Umformversuche bestaetigen die Anwendbarkeit des Verfahrens bei verschiedenen Fertigungsarten. Durch umfassende Untersuchungen der Emissionen des Strahlverfahrens konnte nachgewiesen werden, dass das neue Verfahren keine als kritisch einzustufenden Umweltbelastungen mit sich bringt.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Metallic surface coatings can be applied by a mechanical shot blasting process using composite blasting shots. In combination with solid lubricants the mechanically applied coatings are able to replace the environmentally hazardous phosphating process on slugs for cold forging of steel. The blasting shots consist of spherical iron particles covered by a zinc-rich layer. During the impact on the slug surface, the layer breaks off along the reaction zone between the zinc layer and the iron core due to the brittleness of the zinc-iron intermetallic phase formed during shot production. The fragments of the shell are deformed by the momentum of the blasting shot and partly attached to the slug surface by friction welding. Model experiments using a manual blasting device working with compressed air and experiments using mechanical industrial blasting devices show the formation of an incontiguous surface layer. Steel, copper and aluminium samples were treated with different blasting angles and varied kinetic energy of the blasting shots. Coating weight and surface coverage of the applied coatings were characterized by gravimetric analysis and scanning electron microscopy. The coating weight increases proportionally to blasting time whereas the surface coverage reaches a saturation. For the application of coating material by friction welding, a local deformation of the slug surface sufficient to remove oxide layers is necessary. Semi-empiric equations describe the influence of blasting time, angle and velocity of the blasting shots on coating weight and surface coverage. Spike test and forward extrusion test used for evaluation of the lubrication performance of different coatings show the topography of the mechanical coating improving the distribution of solid lubricants like graphite. Samples coated with combinations of the mechanical coating with solid lubricants reach spike heights and press forces comparable to the reference samples coated with phosphate and soap. Industrial trials proved the applicability of the coating process in different forging operations. Various investigations of the emissions revealed that the new process does not cause any environmental effects to be classified as critical.English
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000350
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3508
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Ortner, Prof. Dr. H. M.
Advisors: Exner, Prof. Dr. H. E.
Refereed: 24 June 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/350
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