Laserimplantation an Presshärtewerkzeugen zur gezielten Beeinflussung der tribologischen und thermischen Eigenschaften im Prozesseinsatz

Laufzeit:

Start: 1. Juli 2018
Ende: 30. Juni 2020
Verlängerung: 31. August 2020

Kurzbeschreibung

Essenzielle Entwicklungsziele der Automobilindustrie stellen sowohl die Einhaltung von Sicherheits- und Emissionsvorschriften als auch die stetige Reduzierung des Kraftstoffverbrauches dar. Das Leichtbaukonzept von Karosseriekomponenten ermöglicht die Realisierung dieser Ziele und setzt zugleich neue Maßstäbe hinsichtlich Funktionalität und Ästhetik. Im Zuge dessen hat sich das Presshärteverfahren zur ressourceneffizienten Verarbeitung von höchstfesten Stahlwerkstoffen etabliert.

Das Grundprinzip dieser Technologie besteht aus einer Verfahrenskombination, bei der in nur einem Prozessschritt die zuvor erhitzte Platine umgeformt und abgeschreckt wird. Dadurch wird eine vollständige Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit initiiert und folglich eine Festigkeitssteigerung der Bauteile erreicht. Aufgrund der erhöhten Prozesstemperaturen sind die Werkzeuge jedoch signifikanten thermo-mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Aus diesem Grund kommen zum Schutz vor Verzunderung und Entkohlung AlSi beschichtete Halbzeuge aus 22MnB5 zum Einsatz. Dieses Beschichtungssystem neigt jedoch zu adhäsiver Materialanhaftung auf der Werkzeugoberfläche, was zu einer zeit- und kostenintensiven Wartung der Umformwerkzeuge führt. Darüber hinaus ist der Einsatz von Schmierstoffen aufgrund der hohen Prozesstemperaturen nur begrenzt möglich.

Infolgedessen wird in Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung eine Modifikation der Werkzeugoberflächen mittels Laserimplantation angestrebt, um nachhaltig dessen Verschleißbeständigkeit zu erhöhen. Hierzu werden in hochbelasteten Umformbereichen keramische Hartstoffe in deterministischen Mustern mittels gepulster Laserstrahlung punktuell in die Werkzeugbereiche dispergiert. Der Forschungsschwerpunkt besteht darin, das Verschleiß-, Reib- und Abkühlverhalten der modifizierten Werkzeugoberflächen vor und nach der tribologischen Beanspruchung umfassend zu charakterisieren und hieraus Handlungsrichtlinien für den industriellen Einsatz abzuleiten

Schematische Darstellung des Laserimplantationsverfahrens
Quelle: [Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung]

Forschungsgruppen

• Blechumformung

Publikationen