Scheil, Jan (2016)
Entwicklung von Austenitisch-Ferritischem Gusseisen (ADI) aus EN-JS2070: Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und deren Auswirkung auf die Oberflächenbearbeitung durch das Maschinelle Oberflächenhämmern.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Primary publication
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Text
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Item Type: | Ph.D. Thesis | ||||
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Type of entry: | Primary publication | ||||
Title: | Entwicklung von Austenitisch-Ferritischem Gusseisen (ADI) aus EN-JS2070: Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und deren Auswirkung auf die Oberflächenbearbeitung durch das Maschinelle Oberflächenhämmern | ||||
Language: | German | ||||
Referees: | Müller, Prof. Dr. Clemens ; Oechsner, Prof. Dr. Matthias | ||||
Date: | 23 February 2016 | ||||
Place of Publication: | Darmstadt | ||||
Date of oral examination: | 19 April 2016 | ||||
Abstract: | Das maßgeschneiderte Material für eine Anwendung zu finden oder ein Material auf seine Anwendung hin zu optimieren, ist Inhalt zahlreicher Forschungsvorhaben. Dort wo Produktionskosten eine große Rolle spielen, wird so versucht die Effizienz eines Prozesses weiter zu erhöhen. Ein Beispiel hierfür ist die Produktion von Presswerkzeugen in der Automobilindustrie. Die Presswerkzeuge sollten zum Beispiel einen hohen Verschleißwiderstand aufweisen, um die Lebenszeit eines Automobilmodells ohne Nacharbeiten überdauern zu können. Gleichzeitig sollten die Werkzeuge möglichst kostengünstig in der Produktion sein. Der Werkstoff der hier, in der Regel, verwendet wird, ist ein perlitischer Grauguss mit globularen Graphitsphärolitausscheidungen. Dieser entspricht dem Anforderungsprofil, das an einen Werkstoff für ein Presswerkzeug gestellt wird: hohe Verschleißfestigkeit bei geringen Produktionskosten. Ein neuer Weg um den Herstellungsprozess von Umformwerkzeugen effektiver zu gestalten hat sich in den letzten Jahren in der Industrie durchgesetzt. Hierbei wird das zeitraubende manuelle Polieren der Werkzeugoberflächen durch einen maschinellen Einglättungsprozess, dem Maschinellen Oberflächenhämmern, ersetzt. Das Oberflächenhämmern - ein zyklisches Schlagen einer Hartmetallkugel auf die Werkstoffoberfläche - wird bereits heute in der Serienproduktion der Automobilindustrie verwendet. Durch Führung des Hammerkopfes mit einem Roboter können so Fräsriefen der Oberfläche vollautomatisiert eingeglättet werden. Neben der Einglättung tritt auch eine Kaltverfestigung der Oberfläche auf. Vor Verwendung dieses Verfahrens wurde die Oberfläche der Umformwerkzeuge, welche oft mehrere Quadratmeter groß ist, per Hand poliert. Um Gewicht im Automobil einzusparen werden zunehmend höherfeste Bleche verwendet. Dies hat zur Folge, dass die Belastung der Oberfläche der Presswerkzeuge ansteigt. Der herkömmlich verwendete Grauguss weist hierfür nicht mehr die nötigen Materialeigenschaften auf. Es kommt zur Schädigung der Werkzeugoberfläche beim Abpressen höherfester Bleche. Um dieses Problem zu lösen werden bisher zwei Wege verfolgt. Zum einen wird an hochbelasteten Stellen des Presswerkzeugs ein höherfester (lasergehärteter) Stahl verwendet. Zum anderen wird der Grauguss durch Laserhärten an der Oberfläche in den martensitischen Zustand überführt. Beide Wege weisen dabei Nachteile auf. Erstens sind Stähle um ein vielfaches teurer als der bisher verwendete Grauguss und zweitens macht das Laserhärten, welches einen zusätzlichen Prozessschritt darstellt, den Gesamtherstellungsprozess der Umformwerkzeuge weniger effektiv. Ein weiterer Prozessschritt bedeutet teurere Produktionskosten und des Weiteren kann es zum thermischen Verzug der Werkzeugoberfläche kommen. Die durch das Hämmern eingebrachte Kaltverfestigung der Oberfläche ist alleine jedoch nicht ausreichend, um auf die erwähnten Härtungsprozesse verzichtet zu können. Hier setzt diese Arbeit an. Ziel ist es die Mikrostruktur des bisher verwendeten Gusswerkstoffes EN-JS2070 in der Weise anzupassen, dass durch das Maschinelle Oberflächenhämmern, eine glatte und gleichzeitig ausreichend harte Oberfläche erzeugt wird. Diese Oberfläche sollte dabei deutlich härter als das Grundmaterial sein, so dass das Tiefziehen höherfester Bleche möglich wird. Die Mikrostruktur von EN-JS2070 soll in der Weise angepasst werden, dass diese auf die äußere Belastung des Hämmerns eine martensitische Oberfläche bildet. Dafür erfolgt eine zweistufige Wärmebehandlung, um das Gefüge von EN-JS2070 in ein austenitisch-ferritisches (ADI) Gefüge umzuwandeln. Es entsteht metastabiler Austenit, welcher unter Verformung in harten Martensit umwandeln kann. Die nötige Verformung soll durch das Oberflächenhämmern eingebracht werden. Dabei ergibt sich unter anderem die wissenschaftliche Fragestellung nach dem Einfluss der Wärmebehandlungsparameter (Austenitisierungstemperatur, –zeit, Ausferritisierungs-temperatur, zeit) auf die ADI-Mikrostruktur. Der Fokus liegt hier auf dem Anteil an metastabilem Austenit und dessen Kohlenstoffgehalt, da diese beiden Parameter zum einen den Anteil an erzeugbarem Martensit und zum anderen dessen Härte bestimmen. Hieraus soll eine Strategie zur optimalen thermomechanischen Behandlung des Ausgangswerkstoffes abgeleitet werden. Eine detaillierte Analyse des Einflusses von Kohlenstoff auf die Austenitstabiltität soll durch Kombination aus mikromechanischer Untersuchung und Simulation des Hämmerprozesses erreicht werden. |
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Alternative Abstract: |
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URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-54232 | ||||
Classification DDC: | 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering | ||||
Divisions: | 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Physical Metallurgy |
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Date Deposited: | 28 Apr 2016 13:26 | ||||
Last Modified: | 09 Jul 2020 01:17 | ||||
URI: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5423 | ||||
PPN: | 379143313 | ||||
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