Im Druckgießprozess eingesetzte Warmarbeitsstähle erfahren zyklisch auftretende Beanspruchungen, welche wiederum zu einem Formversagen führen können. Die Wärmebehandlung dieser Stähle hat dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer der Druckgießform, da hierdurch die mechanischen Eigenschaften und damit die Beanspruchbarkeit festgelegt werden. Stand der Technik ist eine ofenbasierte Vergütung unter Anwendung einer Vakuum- bzw. Schutzgasatmosphäre. Bei der Wärmebehandlung herrscht häufig ein Zielkonflikt hinsichtlich des optimalen Vergütungszustandes, da unterschiedlich belastete Formbereiche im Prinzip einen lokal angepassten Vergütungszustand erfordern. Eine hohe Härte z.B. resultiert aufgrund des bei einer gegebenen Dehnungsschwingbreite geringeren plastischen Anteils der Dehnung dabei in einer höheren Lebensdauer. Bei einer hohen Härte existiert bei einer üblichen Wärmebehandlung jedoch nur eine eingeschränkte Zähigkeit des Werkstoffes, was insbesondere bei stark kerbbehafteten Bereichen der Druckgießform zu einem starken Risswachstum und damit zu einem vorzeitigem Ausfall führen kann. Bei zerklüfteten Oberflächen werden zudem in den nicht von Schutzgas umströmten Bereichen häufig wesentlich geringere Abkühlgeschwindigkeiten und somit wesentlich schlechtere mechanische Eigenschaften erreicht.
Ziel des Projektes ist eine Erhöhung der Standzeit von Druckgießformen zu generieren durch eine lokale und bedarfsorientierte Wärmebehandlung. Zudem soll so der Fertigungsaufwandes bei der Herstellung der Druckgießwerkzeuge reduziert werden. Das technologische Gesamtkonzept sieht dabei vor, die ofenbasierte Wärmebehandlung bei der Fertigung von Formwerkzeugen komplett durch eine Randschichtwärmebehandlung mittels Elektronenstrahl zu ersetzen. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz von vorvergüteten Halbzeugen, welche vor der Randschichtwärmebehandlung bereits auf Endmaß gefertigt werden können. Das typische Schlichten bzw. ein aufwendiger Erodierprozess auf das Endmaß der Form könnten somit entfallen. Neben der experimentellen Ermittlung der Wärmebehandlungsabläufe mit der Elektronenstrahlanlage werden zur Abschätzung des resultierenden metallurgischen Gefüges sowie den damit erzielbaren Härten numerische Simulationen durchgeführt.
FVG – Forschungsvereinigung Gießereitechnik e. V.
