Kombination von Laserlegieren und Nitrieren zur Standzeitverbesserung hoch beanspruchter Warmarbeitswerkzeuge

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde versucht, eine signifikante Standzeitverlängerung von Gesenkschmiedewerkzeugen und Hammergesenken durch eine an das Beanspruchungsprofil angepasste Randschicht zu erreichen. Dazu wurde eine gezielte Optimierung der oberflächennahen Bereiche durch die Kombination des Laserlegierens/Laserdispergierens mit dem Nitrieren/Nitrocarburieren erreicht. Die Kombination dieser Verfahren führte zur Ausbildung gradierter Duplex-Schichten. Durch das Laseroberflächenlegieren wurden in den lokal aufgeschmolzenen Randbereich des Grundwerkstoffes Hartmetallcarbide eingebracht. Anschließend wurde durch Plasma- oder Gasverfahren eine Nitrier- bzw. Nitrocarburierbehandlung durchgeführt, die die Ausbildung einer Verbindungs- und Diffusionsschicht bewirkt. Die so modifizierte Randschicht zeichnete sich durch ein gesteigertes Härte- und Legierungsprofil aus und wies eine verbesserte Stützwirkung für die harten Nitrierschichten auf. Als Grundwerkstoffe wurden die Warmarbeitsstähle 1.2365 (X32 CrMoV 3-3) und 1.2714 (55 NiCrMoV 7) gewählt. Als Zusatzwerkstoffe wurden die Hartmetall- und Metallcarbide WC-Co, WC-Co-Cr, TiC, VC und MoC sowie Kombinationen dieser Zusatzwerkstoffe eingesetzt. Neben der Erzeugung dieser Duplex-Schichten mit verschiedenen Verfahrensparametern wurden Laborprüfungen der Schichten vorgenommen. Dabei wurden detaillierte Untersuchungen zur Charakterisierung der Duplex-Schichten und Verschleißversuche mit standardisierten Prüfverfahren (Stift-Scheibe) und speziell auf die Beanspruchung von Warmarbeitswerkzeugen angepassten Verschleißprüfständen durchgeführt. Dabei stand die Untersuchung der Thermoschockbeständigkeit in Verbindung mit einer Stoßbeanspruchung bzw. mechanischen Belastung im Vordergrund. Das Verschleißverhalten der modifizierten Duplex-Randschichten unterschied sich je nach Art der Beanspruchung. Für Stoßbeanspruchungen unter gleichzeitiger Thermoschockbelastung erwies sich eine Kombination von TiC+WC-Co und Plasma- oder Gaskurzzeitnitrierung als vorteilhaft bezüglich des Verschleißverhaltens. Die erarbeiteten Forschungsergebnisse wurden auf Werkzeuge für die Produktion übertragen. Unter Betriebsbedingungen konnte die vorteilhafte und standzeitverlängernde Wirkung der Duplex-Schichten nachgewiesen werden.