Wiedereinreichung: Hochfeste, spannungsarme Hartmetall-Stahl-Lötverbindungen durch disperse Gamma-Fe-Co-Cu-Ausscheidungen im kupferreichen Lötgut

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527885000

Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Maximierung der Fügeverbundqualität von Hartmetall-Maraging-Stahl-Lötverbunden durch die konsequente Nutzung sämtlicher festigkeitssteigender Maßnahmen, welche die Metallurgie des zu lötenden Werkstoffverbundsystems zulässt. Aus Sicht möglicher Anwendungen im Bereich der Zerspanungstechnik geschieht dies vor dem Hintergrund der Erhöhung der Lebensdauer sowie zur Steigerung von Vorschubkräften von Werkzeugen wie z.B. gelöteten Hammerbohrern, hartmetallbesetzen Sägestammblättern oder Werkzeugaufnahmen mit großflächiger Fügefläche. Neben der Anwendung eines adäquaten Temperatur-Zeit-Regimes und der Auswahl eines geeigneten Lotwerkstoffes liegt der Fokus dieses Forschungsvorhaben verstärkt auf der Einbringung einer benetzungsfördernden Ni-Schicht in das vorliegende Werkstoffverbundsystem sowie auf den daraus resultierenden, die Verbundqualität steigernden Werkstoffmechanismen inner-halb der Lötnaht. Eine mittels Arc-PVD auf dem ansonsten schwer benetzbaren Maraging-Stahl applizierte Ni-Schicht löst sich während des Lötprozesses in der Lotschmelze auf und legiert die Lötzone derart auf, dass nach der Erstarrung sowohl feindisperse Gamma-Fe-Co-Ausscheidungen im Lötgutgefüge, als auch feinsäumige, sprödphasen-reduzierte Grenzflächenübergänge mit einer fehlerfreien Anbindung zu den Grundwerkstoffen vorliegen. Zwei elementare werkstofftechnische Faktoren, welche für dieses Forschungsvorhaben von wissenschaftlicher Bedeutung sind, sind die für Cu-Ni-Fe-Legierungen typische Ausscheidungshärtbarkeit sowie die vollständige Löslichkeit der Elemente Cu und Ni ineinander. So wird durch ein angepasstes Temperatur-Zeit-Profil sowie die Veränderung der chemischen Zusammenset-zung der Lötzone durch die Variation der Ni-Schichtbeite nicht nur die Morphologie der beschriebenen Gamma-Fe-Co-Phasen beeinflusst, sondern auch die Duktilität der Cu-reichen Matrixphase ge-zielt eingestellt, so dass eine positive Beeinflussung der globalen Verbundeigenschaften herbei-geführt wird. Das Forschungsvorhaben ist darüber hinaus von hoher technischer Relevanz, da durch die Wahl des für Hartmetall-Stahl-Lötungen gängigen, hochschmelzenden Lots Cu der Zeit-Temperatur-Verlauf des Lötprozesses mit dem Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Verhalten des Maraging-Stahls in Einklang gebracht wird, so dass durch den nachgeschalteten Anlassprozess eine gleichzeitige Ausscheidungshärtung sowohl im Stahl als auch im Lötgut erfolgt. Dabei wird sich den im Vakuumofen vorherrschenden holistischen Wärmeübertragungsarten Wärme-strahlung und ggf. Konfektion zunutze gemacht, so dass im Gegensatz zu Lötverfahren mit einer lokalen Wärmeeinbringung (z.B. Induktionslöten) eine ganzheitliche positive Beeinflussung der mechanischen Stahleigenschaften erfolgt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Lukas Wojarski