Das wachsende Umweltbewusstsein und der stetige Anstieg der Fahrzeugzahlen stellen in der Automobilindustrie zentrale Herausforderungen dar, um neue Fahrzeugkonzepte zu entwickeln. Zur Sicherstellung der Insassensicherheit bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion findet als etabliertes Fertigungsverfahren das Presshärten Anwendung. Im Vergleich zu konventionellen Umformverfahren sind die Werkzeuge aufgrund der hohen thermo-mechanischen Beanspruchungen massiven Verschleißerscheinungen ausgesetzt. Um eine gleichbleibende Bauteilqualität sicherzustellen und den Wartungsaufwand zu reduzieren, ist ein geeigneter Verschleißschutz der Werkzeuge erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Ansätze verfolgt, um die Verschleißbeständigkeit von Presshärtewerkzeugen zu erhöhen. Zu diesem Zweck kam das Laserstrahllegieren sowie das Oberflächenbeschichten zum Einsatz. Der Fokus der Untersuchungen lag darauf, den Einfluss unterschiedlicher Legierungselemente und Elementkonzentrationen auf das Verschleißverhalten abzuleiten. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeit lag in der Entwicklung einer Auswertemethodik zur quantitativen Beschreibung des Oberflächenverschleißes, wodurch eine Bewertung der modifizierten Oberflächen im Hinblick auf die Verschleißneigung ermöglicht wurde. Im letzten Schritt erfolgte zur Sicherstellung der Anwendbarkeit der Oberflächenmodifizierung für den Presshärteprozess eine Übertragbarkeit auf einfache Bauteilgeometrien.
Aktualisiert: 2021-07-29
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In der technischen Praxis ist die Belastung oberflächennaher Bereiche sehr hoch. Um hochbelastete, großflächige Bauteile vor Verschleiß und Korrosion zu schützen, werden zumeist Fe-basierte, lichtbogendrahtgespritzte Beschichtungen appliziert, welche prozessbedingte Nachteile aufweisen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung neuer Schichtsysteme, um diese Nachteile zu vermeiden. Ansatz zur Entwicklung dieser Beschichtungen sind zwei FeCrB-basierte Legierungen in zwei Pulverfraktionen. Diese wurden jeweils mit Pulverförderraten von bis zu m = 200 g/min erstmalig mittels des HVAF-Prozesses appliziert. In der Literatur wird beschrieben, dass dieser Prozess in den Bereichen Pulverförderrate, Porosität und Phasenzusammensetzung der Beschichtung interessante Eigenschaften aufweist.
Die HVAF-Beschichtungen wurden auf ihre Schicht-, Verbund-, System und thermophysikalischen Eigenschaften hin analysiert und mit einer industriell etablierten Beschichtung verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die HVAF-Beschichtungen den Referenzbeschichtungen in Bezug auf die Korrosion¬seigenschaften entweder ebenbürtig oder in Abhängigkeit der Prozessparameter sogar überlegen sind. Durch Elektronenmikroskopie und Röntgendiffraktion wurde nachgewiesen, dass mittels des HVAF-Prozesses und den verwendeten Werkstoffen sehr dichte Beschichtungen mit sehr feinen nanokristallinen und teilamorphen Bereichen hergestellt wurden. Weiterhin wurde gezeigt, dass in den teilamorphen Bereichen die Cr-Verteilung sehr homogen ist, was sich positiv auf die Korrosionseigenschaften auswirkt. Zudem zeigten die Verschleißuntersuchungen, dass die HVAF-Beschichtungen der Referenzbeschichtung technisch überlegen sind. Dies konnte sowohl für Proben im Spritzzustand als auch für ausgelagerte Proben gezeigt werden.
Aktualisiert: 2020-07-19
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The aim of the work was to provide a basis for the development of B-alloyed tool steels. To this end, the effect of the elements B and Cr on the microstructure formation, the stability and the micromechanical properties of hard phases in hypoeutectic Fe-C-B and Fe-C-B-Cr alloys was analyzed. Additionally, interactions of the elements B and Cr with Mn, Mo, V or Nb were investigated. Laboratory alloys of the systems Fe-C-B and Fe-C-B-Cr with additions of the elements Mn, Mo, V or Nb were casted and characterized experimentally. Based on these results, two B-alloyed cold-work steels (CWS) were developed and processed by means of melt and powder metallurgical manufacturing. The novel B-alloyed CWS achieve the same or higher toughness, strength and wear resistance compared to conventional CWS of the Fe-Cr-C and Fe-Cr-V-C systems, while material cost for the B-alloyed CWS are significantly lower.
Aktualisiert: 2019-08-08
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In dieser Arbeit wurde eine Hohlkathodenentladung (engl.: hollow cathode discharge, kurz HCD) und die damit erzeugte diamantartige Kohlenstoffschicht (engl.: diamond-like carbon, kurz DLC) in einer Sacklochgeometrie untersucht. Das Hauptziel war die Erarbeitung eines Grundlagenverständnisses über die Wirkmechanismen bei der Plasmagenerierung und der DLC-Beschichtung. Aufbauend auf die Analyse der Gasdruckverteilung und des Anregungssignals wurden Spannungs-Strom-Charakteristiken unter Argonatmosphäre bestimmt. Die Einflüsse auf die Schichteigenschaften wie Wachstumsraten, sowie Schichtdickenprofile und Schichthärte auf der Probenlängsachse konnten messtechnisch identifiziert werden. Nachdem die Einflussgrößen und Mechanismen in den einzelnen HCD-Zonen identifiziert und analysiert wurden, werden die Prozesse zur Beschichtung von Sacklochgeometrien beherrscht. Aufbauend auf den Ergebnissen können die Parameter der Beschichtung in einer Sacklochgeometrie gezielt verändert werden.
Aktualisiert: 2023-01-31
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Beim Betrieb von Wälzlagern im Bereich der Misch- und Grenzreibung besteht die Gefahr von abrasiv-adhäsivem Verschleiß. In Abhängigkeit des eingesetzten Schmierstoffs und der Betriebsbedingungen können oberflächengebundene, tribologische Grenzschichten gebildet werden, die einen dauerhaften Schutz vor Verschleiß bieten. Derzeit ist der schmierstoffabhängige Aufbau, die erforderlichen Kontaktparameter für die Bildung und die Wirkung der Grenzschichten nicht systematisch beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit konnten zwei grundlegende Grenzschichttypen identifiziert werden.
Aktualisiert: 2023-03-30
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Das Metall-Schutzgas(MSG)-Auftragschweißen weist trotz der einfachen Bedienbarkeit nur eine geringe Akzeptanz im Bereich des Verschleißschutzes auf. Gründe hierfür liegen insbesondere in der unmittelbaren Korrelation zwischen dem Material- und Energieeintrag, wodurch hohe Drahtvorschübe zwangsläufig eine zunehmende thermische Werkstoff-beanspruchung und hohe Aufschmelzgrade mit sich bringen.
Durch den Einsatz eines zusätzlichen Heißdrahtes wurde ein neuartiger Ansatz entwickelt, um den Energie- und Materialeintrag beim MSG-Auftragschweißen zu entkoppeln. Neben einer von der Abschmelzleistung unabhängigen Einstellung des Aufschmelzgrades ergaben sich insbesondere positive Effekte auf die Mikrostruktur der Verschleißschutzlegierungen. Im Gegensatz zum MSG-Prozess gelang es hierdurch einlagige Verschleißschutzschichten mit einer bis zu 5-fach höheren Produktivität bei mindestens gleichwertigen Verschleißeigen-schaften herzustellen.
Aktualisiert: 2020-01-14
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In der vorliegenden Habilitationsarbeit wurden technisch-konstruktive Lösungsansätze basierend auf einem entwickelten strömungs-thermomechanischen/magneto-hydro-dynamischen Simulationsmodell zur Entwicklung/Charakterisierung eines physikalischen Prozesswirkprinzips des betrachteten Mikro- und Hochleistungs- sowie Orbital-Plasma-Schweißprozesses und dessen physikalischer Effekte entwickelt. Dabei wurden die differenten Einflussgrößen beim Plasmaschweißprozess erfasst, analysiert und ihre Wirkung auf Schweißprozessverhalten und Brennerkonstruktion charakterisiert. Die damit gewonnenen Ergebnisse wurden zur werkstofflichen, technisch-konstruktiven Entwicklung der Brennerkopfmodelle hinsichtlich der Ausführungsgeometrien des Prozessgaszuführungs- und Brennerkühlsystems genutzt.
Im Rahmen des erarbeiteten thermomechanischen Simulationsmodells wurden die beim Plasma-Auftragschweißen von Verbundbauteilen auftretenden Temperaturfelder, Verformungen und Eigenspannungen vorausbestimmt, untersucht und analysiert. Mittels des erarbeiteten Simulationsmodells wurden werkstoffliche, konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen zur Minimierung/Beeinflussung schweißbedingter Verformungen und Eigenspannungen simulativ untersucht und bewertet.
Aktualisiert: 2021-09-10
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Nitrierprozesse werden seit vielen Jahren erfolgreich in der Industrie eingesetzt, um die Eigenschaften der Metalloberfläche zu verbessern. Alle industriell verwendeten Nitrierverfahren arbeiten nach dem Prinzip der globalen Aufstickung des gesamten Bauteils. Mit den bisher eingesetzten Methoden ist das lokale Nitrieren der Bauteile ein sehr aufwändiger Prozess und führt zu zusätzlichen Kosten sowie Bearbeitungszeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Prozess des atmosphärischen Plasmanitrierens (APN) untersucht.
Das APN-Verfahren lässt sich gut automatisieren und ermöglicht das Nitrieren von lokalen Bauteilzonen unter atmosphärischen Bedingungen. In dieser Arbeit wurde das lokale Nitrieren unter Verwendung des übertragenen und des nicht übertragenen Plasmalichtbogens untersucht. Die Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse wurden an unterschiedlichen Materialien (Werkzeug-, Nitrier- und Baustählen) überprüft. Es erfolgte eine werkstoffkundliche Betrachtung der mittels des APN-Prozesses erzeugten Nitrierschichten in Bezug auf Mikrohärtesteigerung sowie Verschleißverhalten.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Beim Aufbau von mehrlagigen, verschleißfesten Schichten und freistehenden Strukturen aus einem Metall-Hartstoff-Verbundwerkstoff mit dem Laserstrahlbeschichtungsverfahren treten thermisch induzierte Eigenspannungen auf, die zu Defekten und Rissen und letztendlich zum Schichtversagen führen können. Neben den verfahrenstechnischen Einflussgrößen, welche die Wärmeführung beim Beschichten bestimmen, hat auch die verwendete Materialkombination einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenspannungssituation des erzeugten mehrlagigen Schichtenverbundes und folglich auf die Rissproblematik.
Durch eine Optimierung des Laserstrahi-Pulverbeschichtens sowie durch Einbringen eines Konzentrationsgradienten können die thermisch induzierten Zugeigenspannungen in der Beschichtung auf ein Minimum reduziert und rissfreie Beschichtungen erzeugt werden. Eine Gradierung der chemischen Zusammensetzung, d.h. eine quasi kontinuierliche Erhöhung des Hartstoffanteils entlang der mehrlagigen Beschichtung bei gleichzeitiger quasi kontinuierlicher Abnahme des Metallanteils, minimiert die Eigenspannungskonzentrationen am Grenzflächenbereich. Rissfreie, gradierte Nickelbasis-Chromkarbid-Verbundwerkstoffe mit einem Hartstoffanteil bis 70 vol% konnten erzeugt werden. Durch eine Anpassung der Prozessparameter sowie durch Wahl einer geeigneten Materialkombination können sowohl die mechanischen als auch die tribologischen Eigenschaften optimiert werden.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Aktualisiert: 2020-02-01
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