01.08.2019
Grafiken zum Thema Oberflächenstrukturierung von Umformwerkzeugen mittels Laserimplantation

Oberflächenstrukturierung von Umformwerkzeugen mittels Laserimplantation

Quelle: BAM, Fachbereich Schweißtechnische Fertigungsverfahren

In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Optimierung des tribologischen Verhaltens eine zentrale Rolle. Strukturierungsmethoden zielen darauf ab, das Interaktionsverhalten von in Kontakt stehenden Flächen durch die Optimierung ihrer Mikrogeometrie anzupassen. Obwohl das Potenzial erhabener Mikrostrukturen (z.B. beim Tiefziehen) bekannt ist, ist deren Anwendung begrenzt, da erhabene Mikrostrukturen aufgrund ihrer exponierten Lage besonders von Verschleiß betroffen sind und eine wirtschaftliche Herstellung optimaler Texturen schwer zu erreichen ist.

Ein vielversprechendes Verfahren zur Lösung dieser Problemstellung ist mit der Laserimplantation gegeben. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung werkstoffoptimierter, erhabener Mikrostrukturen durch ein lokales Laserdispergieren von keramischen Hartstoffpartikeln. Sowohl die Geometrie als auch die Werkstoffeigenschaften der sogenannten Implants können durch die Prozessparameter und verwendeten Hartstoffe angepasst werden. Aufgrund der hohen Flexibilität des Prozesses können einzelne Implants bedarfsgerecht in deterministischen Muster angeordnet werden. Eine wirtschaftliche Strukturierung komplexer, großflächiger Umformwerkzeuge ist ebenfalls möglich.

In diesem Beitrag wurde das lokalisierte Dispersionsverhalten von TiB2-Partikeln in X153CrMoV12 Kaltarbeitsstahl untersucht. Es wurde festgestellt, dass defektfreie kuppel- oder ringförmige Implants mit Durchmessern von bis zu ~400 µm und Höhen von bis zu ~30 µm hergestellt werden können. Hinsichtlich der Materialeigenschaften wurde festgestellt, dass die Implants sehr hohe Härtewerte bis 1800 HV1 (Ausgangshärte ~600 HV1) aufweisen. Diese wünschenswerte Eigenschaft resultiert aus der Metall-Matrix-Verbundstruktur, welche durch die Werkzeugstahlmatrix und die eingebetteten TiB2-Primärpartikel gebildet wird. Darüber hinaus wurden ausgeschiedene TiC-Sekundärpartikel gefunden, die den Restaustenitgehalt der Matrix vermindern und somit ebenfalls zur Härtesteigerung beitragen.

Dispersion behavior of TiB2 particles in AISI D2 tool steel surfaces during pulsed laser dispersing and their influence on material properties
Felix Spranger, Kai Hilgenberg
erschienen in Applied Surface Analysis 2019, Volumes 467 - 468, Pages 493 - 504
BAM, Fachbereich Schweißtechnische Fertigungsverfahren