Projektbereich D Lugscheider, Erich 383 Projektbereich D ... - SFB 289

3 Teilprojekt D2 – Keramische Funktionselemente
3.1 Einführung in die Problemstellung
Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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Ziel der Arbeiten am Institut für Gesteinshüttenkunde (GHI) ist die Entwicklung
keramischer Werkzeuge für das Thixoschmieden, Thixostrangpressen und Thixogießen
von Metallen sowie von keramischen Panzerungen, Isolations- und Verschleißschutzbauteilen
für die jeweiligen Formgebungsanlagen.
Die Werkzeuge zur Formgebung von Metallen in teilerstarrtem Zustand sind hohen
Belastungen ausgesetzt - insbesondere bei der Formgebung von hochschmelzenden
Legierungen wie z.B. Stählen. Neben den zur Nachverdichtung der Bauteile erforderlichen
hohen Presskräften und den tribologischen Beanspruchungen durch die feste Legierung
stellen die thermischen Wechselbelastungen und der korrosive Angriff der
Schmelzenanteile hohe Anforderungen an die Werkzeugwerkstoffe.
Nachdem die Eignung von Keramiken als Werkzeugwerkstoffe für die
Aluminiumformgebung im zweiten Bewilligungszeitraum nachgewiesen werden konnte,
wurde der Schwerpunkt der Arbeiten zu Beginn des dritten Bewilligungszeitraum auf die
Stahlformgebung im teilerstarrten Zustand gelegt. In ersten Fomgebungsversuchen mit
Stählen wurde der Thermoschock neben dem Korrosionsangriff als Hauptversagenskriterium
keramischer Werkzeuge identifiziert. Die Entwicklung von keramischen
Werkzeugkonzepten mit ausreichendem Widerstand gegenüber diesen Hauptanforderungen
des Stahl-Thixoformings ist die zentrale Problemstellung des
Teilprojekts D2 "Keramische Funktionselemente" im dritten Bewilligungszeitraum des
SFB.
Basierend auf Untersuchungen zur Korrosions- und Temperaturwechselbeständigkeit
verschiedener Keramiken wurde zu Beginn des dritten Bewilligungszeitraums die
Werkstoffauswahl für die Stahlformgebung auf korrosionsbeständige Aluminiumoxid-
Keramiken und Siliziumnitrid-Basiswerkstoffe mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit
eingeschränkt. Lösungsmöglichkeiten zur versagensfreien Ableitung der auftretenden
mechanischen und thermomechanischen Kräfte bestehen in einer keramikgerechten
Auslegung der Werkzeuggeometrie und geeigneten Einbettung der Werkzeuge und -
komponenten in den Werkzeugrahmen der Formgebungsanlagen.
Die tribologischen Belastungen erwiesen sich in den durchgeführten Einzel- und
Prinzipversuchen als unkritisch, müssen aber in Dauerversuchen im Kleinserienmaßstab
noch eingehend untersucht werden.