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

2 Teilprojekt D1 – Multifunktionale Werkstoffverbunde
2.1 Einführung in die Problemstellung
Projektbereich D
Lugscheider, Erich
389
Das Anforderungsprofil an Thixoformingwerkzeuge ist sehr komplex. Regulierung des
Wärmehaushaltes, hohe mechanische Stabilität und eine hohe Lebensdauer sind die
zentralen Anforderungspunkte an diese Werkzeuge. Um die wenigen, bestehenden Werkzeugkonzepte
zu verbessern, sollen nun Werkstoffverbunde diese Aufgaben übernehmen.
Dabei muss das Anforderungsprofil gänzlich auf das Werkstoffsystem übertragen werden.
Daher stellt die Auswahl geeigneter Werkstoffe für die Entwicklung von Werkstoffverbunden
eine große Herausforderung dar, da das Anforderungsprofil an diese Werkstoffverbunde
sehr vielschichtig ist. Es erfordert eine genaue Anpassung der Werkstoffkonzepte
auf den Einsatzbereich. Zusätzlich zu den bereits genannten Anforderungen wird von den
Werkstoffverbunden eine Temperaturstabilität bis zu 1450°C und eine geringe Klebneigung
gefordert. Dadurch wird deutlich, dass die Werkzeugoberfläche der zentrale
Ansatzpunkt für die Auslegung des Werkstoffverbundes ist.
Im Teilprojekt D1 – Multifunktionale Werkstoffverbunde – sind im ersten Antragszeitraum
unterschiedliche Werkstoffverbunde auf ihre Eignung als Werkzeuge für das Thixoforming
untersucht worden. Des Weiteren wurden die Verschleißursachen analysiert. Von diesen
Ergebnissen ausgehend, wurde im zweiten Antragszeitraum schwerpunktmäßig die
Entwicklung und Realisierung von Schichtverbunden bis hin zur Auslegung von Komplettwerkzeugen
oder Werkzeugeinsätzen, sowie die begleitende Charakterisierung bis hin zu
Modelltests erarbeitet. Hierzu war eine enge Zusammenarbeit mit den Teilprojekten D2
und D3 sowie den Projektbereichen C und E erforderlich.
In dem laufenden Antragszeitraum wurden die unterschiedlichen Fertigungsverfahren der
Werkstoffverbunde in getrennten Routen entwickelt. Für die sich im letzten Antragszeitraum
im Werkstoffscreening als geeignet herausgestellten keramischen Schichten
wurde zur Abscheidung mittels Physical-Vapour-Deposition-Technologie die Puls-PVD-
Technik verwendet. Damit war es möglich keramische Schichten mit angemessener
Schichtdicke abzuscheiden. Weiterhin wurde die Prozessroute Thermisches Spritzen mit
anschließendem heißisostatischen Pressen (HIP) grundlegend erforscht. Auch wurde der
Einsatz keramischer Panzerungen in Thixoforming-Werkzeugen untersucht. Bei der
Integration dieser Panzerungen wurde die Prozesstechnologie des Aktivlötens eingesetzt.
Der Schwerpunkt der Arbeiten im zweiten Antragszeitraum lag in der Bereitstellung von
Werkzeugkonzepten zur Stahlformgebung. Die erforschten und untersuchten Werkstoffverbunde
waren grundsätzlich in der Lage der Formgebung standzuhalten, allerdings