Energieeffiziente Prozesskette für neue bainitische Schmiedestähle durch die Anwendung thermo-mechanischer Umformprozesse

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jérémy Epp
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327887503

Im Bereich der massiv umgeformten Schmiedebauteile sucht die Maschinenbauindustrie heute nach Prozessen mit gesteigerter Ressourceneffizienz. Das Vorhaben zielt auf die Entwicklung einer verbesserten Energieeffizienz und auf die damit einhergehende Kostensenkungen auf der Prozessroute der bainitischen Schmiedestähle ab, die durch eine kontinuierliche Abkühlung von der Schmiedetemperatur direkt zu den Endeigenschaften geführt werden können, die bisher üblicherweise nur durch einen nachgeschalteten Vergütungsprozess erzielt werden konnten. In der ersten Projektphase wurden neue Erkenntnisse zur thermomechanischen Behandlung von drei bainitischen Schmiedestählen gewonnen, die die Definition von Prozessfenstern für diese Stähle ermöglichten. Die Ergebnisse weisen auf ein großes Potenzial für die Anwendung dieser Werkstoffe für thermomechanische Prozesse in industrieller Produktion hin, wodurch neben einer Verringerung des Energieverbrauchs auch verbesserte mechanische Eigenschaften erhalten werden können. Darüber hinaus wurden neuartige wissenschaftliche Methoden wie die In-situ-Analysen mit Wirbelstromsensor und Hochenergie-Synchrotron-Röntgenbeugung im Rahmen des Projekts weiterentwickelt und kombiniert. Schließlich konnten erste Erkenntnisse zur Realisierung der thermomechanischen Prozesse im industriellen Maßstab gewonnen werden, was die wissenschaftlichen und technologischen Aspekte der entwickelten Ansätze verbindet. In diesem Rahmen wurden verschiedene Effekte und offene Fragen identifiziert, die noch geklärt werden müssen. In der zweiten Projektphase geht es daher in erster Linie um die Erarbeitung von robusten Strategien für die industrielle Produktion von Maschinenteilen im Sinne aktueller Trends hin zu Industrie 4.0, basierend auf einer sensorgesteuerten Fertigung. Der Arbeitsplan beinhaltet drei wesentliche Themenfelder: thermomechanische Behandlung von Bauteilen, nachgeschaltete Prozesse und Prüfung der mechanischen Eigenschaften. Umfangreiche physikalische und FEM-Simulationen, sowie industrielle Schmiedeversuche, werden die Entwicklung geeigneter Behandlungsstrategien für diese Stähle ermöglichen. Dazu wird die Weiterentwicklung und Implementierung des Wirbelstromsensors in Kombination mit einer geregelten Kühleinheit in einem realen thermomechanischen Prozess realisiert. Die bearbeiteten Bauteile werden hinsichtlich der resultierenden Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften umfassend charakterisiert. Die Kombination mit zusätzlichen Randschichtbehandlungen wird weiter untersucht, wie Induktionshärten, Plasmanitrieren und Festwalzen/ Kugelstrahlen. Die erreichten mechanischen Eigenschaften werden dann hinsichtlich der Festigkeit und Duktilität aber auch auf die Ermüdungseigenschaften hin umfassend analysiert. Insbesondere wird der Einfluss des Gehalts und der Stabilität des Restaustenits untersucht, da dieser als ein wesentlicher Faktor für die verbesserten mechanischen Eigenschaften angesehen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexandre da Da Silva Rocha