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Steigerung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedegesenken durch PVD-abgeschiedene Hartstoffschichten auf Titanbasis

Increasing the wear resistance of hot forging dies by PVD-deposited, titanium-based hard coatings

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Zusammenfassung

Die Steigerung der Standmenge von Schmiedegesenken stellt eine vielversprechende Möglichkeit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Schmiedeprozessen dar. Hartstoffschichten auf Titanbasis eignen sich für die Steigerung der Verschleißbeständigkeit belasteter Oberflächen. Im Vergleich zur bestehenden Aufbringung von titanbasierten Beschichtungen mittels CVD-Verfahren, bietet das PVD-Verfahren die Möglichkeit zur Herstellung von Mehrlagenbeschichtungen mit zahlreichen dünnen Einzellagen. In Untersuchungen zum Einsatzverhalten unter industrienahen Bedingungen wurden unterschiedliche Schichtsysteme bewertet. Dazu wurde in verschiedenen Analysen zunächst die Schichtqualität untersucht. In darauf aufbauenden Serienschmiedeversuchen mit prozessbegleitender Verschleißanalytik wurde der Einfluss verschiedener titanbasierter Schichtsysteme in Kombination mit unterschiedlichen Nitrierungen auf das Verschleißverhalten analysiert. Es wurde festgestellt, dass geometriespezifische Beanspruchungen lokal angepasste optimale verschleißmindernde Behandlungsparameter erfordern. Sowohl die Variation der Nitrierung als auch des Schichtsystems zeigen einen deutlichen Einfluss auf das Verschleißverhalten an unterschiedlichen Bereichen der betrachteten Gesenkgeometrie.

Abstract

Increasing the wear resistance of hot forging dies is a promising way of improving the efficiency of hot forging processes. PVD-treatment with titanium-based hard coatings is a method well-suited for increasing the wear resistance of highly loaded surfaces. In comparison to existing titanium-based CVD-treatments, PVD-treatments provide the application of multilayer coatings with many thin single-layers. In this paper, different coating systems have been benchmarked regarding their applicability in the hot forging industry. First, the general layer quality was analyzed followed by serial forging tests with simultaneous wear analysis in order to determine the influence of different coating systems combined with different nitriding treatments on wear behavior. The tests revealed that occurring loads, which are mainly determined by the die geometry, requires a variation of treatment parameters. The variation of nitriding as well as coating treatments showed strong influence on the wear behavior in different areas of the investigated hot forging dies.

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Danksagung

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Transferprojektes 12 „Beschichtungen als Verschleißschutz für Werkzeuge der Warmmassivumformung“ im Sonderforschungsbereich 489 „Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile“.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM), An der Universität 2, 30823, Garbsen, Deutschland

    Bernd-Arno Behrens, Lennard Lippold & Jan Puppa

  2. Institut für Werkstoffkunde, An der Universität 2, 30823, Garbsen, Deutschland

    Christoph Hübsch, Demian Langen & Kai Möhwald

Authors
  1. Bernd-Arno Behrens
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  2. Lennard Lippold
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  3. Jan Puppa
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  4. Christoph Hübsch
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  5. Demian Langen
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  6. Kai Möhwald
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Behrens, BA., Lippold, L., Puppa, J. et al. Steigerung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedegesenken durch PVD-abgeschiedene Hartstoffschichten auf Titanbasis. Forsch Ingenieurwes 81, 1–12 (2017). https://doi.org/10.1007/s10010-016-0209-6

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