Herstellung komplexer Geometrien aus partikelverstärkten Stahlwerkstoffen durch Pulverpressen mit anschließendem Thixoschmieden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Forschungsvorhaben hat sich mit unterschiedlichen Grundlagenuntersuchungen zum neuartigen Verfahren des Pulverthixoschmiedens beschäftigt. Dabei ist Pulverthixoschmieden eine Kombination pulvermetallurgischer Verfahren und dem Thixoschmieden. Zunächst erfolgte die Herstellung der Halbzeuge mittels uniaxialem Pulverpressen. Die anschließende Formgebung wurde mit Hilfe des Thixoschmiedens umgesetzt. Die Untersuchungen konnten die generelle Machbarkeit dieser neuen Technologie nachweisen, wobei die unterschiedlichen Vor- und Nachteile dieses Verfahrens aufgezeigt wurden. Für die verschiedenen Versuchsreihen wurde Stahlpulver mit unterschiedlichen Anteilen (0 bis 8 Gew.-%) Titancarbidpulvers (TiC) gemischt, anschließend mit Pressdrücken von 600 MPa zu zylindrischen Halbzeugen verpresst und nachfolgend gesintert. Insgesamt wurde beim Thixoschmieden eine deutliche Abhängigkeit der Halbzeugeigenschaften (Porosität, Titancarbidanteil) auf die Erwärmungsdauer identifiziert, welche bei der Auslegung der Erwärmungsstrategie mitberücksichtigt werden muss. Eine höhere Porosität im Halbzeug, welche sich prozessbedingt durch die Zugabe von TiC einstellt, führte zu einer langsameren Aufheizrate. Bei allen hergestellten Bauteilen konnte eine nahezu vollständige Verdichtung (>97 % der relativen Dichte) ermittelt werden. Zudem kam es während der Umformung zu keinen größeren Entmischungen zwischen dem Matrixmaterial und der Verstärkungsphase. Innerhalb der ersten Förderperiode wurde als Demonstratorbauteil eine Ventilgeometrie gewählt, die mittels Voll-Rückwärts-Fließpressen hergestellt wurde. Hierzu wurden die Halbzeuge zuvor induktiv auf eine Temperatur von 1300 °C erwärmt. Innerhalb der zweiten Förderperiode wurde das Verfahren auf komplexe Bauteile mit filigranen Bauteilbereichen übertragen. Beim Thixoschmieden der komplexen Modellgeometrie „Verzahnter Flansch“ konnte zudem der Nachweis erbracht werden, dass neben dem Ausformen von Bauteilbereichen mit relativ geringer Materialstärke der Einsatz von partiell partikelverstärkten Halbzeugen zur Herstellung von belastungsangepassten Bauteilen möglich ist. Hierzu ist jedoch für den Anwendungsfall eine genaue Auslegung der Halbzeuge und Umformwerkzeuge notwendig, um einen entsprechenden Materialfluss im Werkzeug zu realisieren. Zudem konnte die Bauteilgeometrie „Felge“ aufzeigen, dass eine Umformung mit offenen aufeinandertreffenden Fließfronten möglich ist und so umschlossene Bauteile gefertigt werden können. Auch weisen die so geschmiedeten Bauteile keine Schwachstelle im Bereich der Fügezone auf. Alle vorgesehenen Arbeitspunkte konnten gemäß Antrag durchgeführt und bewertet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012): Isothermes Stauchen von gesinterten Stahlpresslingen im thixotropen Zustand, UTF Science, Meisenbach Verlag Bamberg, II 2012
Behrens, B.-A.; Frischkorn, C.
- (2013): Thixoforging of particle-reinforced steel parts, Proceedings of the 19th Int. Symposium on Plasticity and its Current Applications “Analytical, Computational and Experimental inelasticity in deformable Solids”, 03.-08.01.2013, Nassau, Bahamas
Frischkorn, C.; Behrens, B.-A.
- (2014): Induktive Erwärmung von partikelverstärkten Stahlpresslingen in den thixotropen Temperaturbereich, In. Materialwissenschaft und Werkstatttechnik, Volume 46, Issue 3, März 2014
Behrens, B.-A., Frischkorn, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.201400221) - (2014): Thixoforging of particle-reinforced steel materials, Production Engineering - Research and Development
Behrens, B.-A., Frischkorn, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-014-0533-3) - (2017): Induktive Erwärmung partiell verstärkter Presslinge, wt Werkstattstechnik online Jahrgang 107 (2017), Ausgabe 10, S. 700-705
Behrens, B.-A.; Yarcu, D.; Petersen, T.; Ross, I.
- (2017): Optimierung des induktiven Erwärmungszyklus bei partiell partikelverstärkten Pulverpresslingen, Behrens, B.-A. (Hrsg.): Innovationspotenziale in der Umformtechnik, 22. Umformtechnisches Kolloquium Hannover, 15. – 16. März 2017, PZH Verlag, Garbsen, S. 211
Ross, I.; Bonhage, M.; Kuwert, P.; Behrens, B.-A.
- Untersuchung zur Verfahrenskombination Pulvermetallurgie mit anschließendem Thixoschmieden, Dissertation Universität Hannover, 2018, Tewiss-Verlag, Garbsen
Frischkorn, C.
