Diamond-Like-Carbon-Schichten

Gesenke für das Halbwarmschmieden haltbarer machen

| Redakteur: Beate Christmann

Ein Schmiedegesenk aus dem Forschungsprojekt Halbwarm DLC-2: Wissenschaftler aus Hannover und Braunschweig untersuchen, unter welchen Voraussetzungen Diamond-Like-Carbon-Schichten (DLC-Schichten) den größtmöglichen Verschleißschutz bieten.
Ein Schmiedegesenk aus dem Forschungsprojekt Halbwarm DLC-2: Wissenschaftler aus Hannover und Braunschweig untersuchen, unter welchen Voraussetzungen Diamond-Like-Carbon-Schichten (DLC-Schichten) den größtmöglichen Verschleißschutz bieten. (Bild: IPH)

Im Forschungsprojekt Halbwarm DLC-2 suchen Wissenschaftler nach einem Weg, Werkzeuge für die Stahlumformung mittels Halbwarmschmieden so gut wie möglich vor Abnutzung zu schützen und sie damit langlebiger und wirtschaftlicher zu machen. Dabei konzentrieren sie sich auf die Beschichtung der Gesenke mit Diamond-like-Carbon-Schichten (DLC-Schichten) und wollen diese Technik optimieren.

Gesenke für die Stahlumformung sind großen Belastungen ausgesetzt. Bereits 2011 hat ein Team von Wissenschaftlern im Rahmen eines Forschungsprojekts nachgewiesen, wie sich diese Werkzeuge durch sogenannte Diamond-like-Carbon-Schichten (DLC-Schichten) vor Verschleiß schützen lassen. Diese Kohlenstoff-Schichten sind ähnlich hart wie Diamant.

Suche nach der optimalen Zusammensetzung für den besten Schutz

Das Fortsetzungsprojekt Halbwarm DLC-2 setzt an diesen Erkenntnissen an, in dem das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) die Schichten gemeinsam mit dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der Technischen Universität Braunschweig weiter untersuchen will. Die Forscher gehen nun den Fragen nach, in welcher Zusammensetzung die Schichten am besten schützen, welches Schmiermittel am geeignetsten ist und wie der Verschleiß mit der Umformtemperatur zusammenhängt.

Das Halbwarmschmieden bewegt sich in einem Temperaturbereich von 600 bis 900 °C. Im Gegensatz zum Warmschmieden erzielt es eine bessere und genauere Oberflächenstruktur der Bauteile. Um kälteren Stahl umzuformen ist jedoch eine höhere Umformkraft notwendig, wodurch das Gesenk deutlich stärker mechanisch beansprucht wird, schneller verschleißt und dadurch zusätzliche Kosten verursacht.

Gleichmäßige Temperatur beim Umformprozess gefragt

Um die Wirtschaftlichkeit des Halbwarmschmiedens zu erhöhen, sollen deswegen künftig DLC-Schutzschichten zum Einsatz kommen. Im Projekt schmieden die Forscher am IPH Kleinserien im halbwarmen Temperaturbereich und untersuchen diese anschließend. Wie lange eine DLC-Schicht hält, hängt neben der mechanischen Belastung stark von der Temperatur ab. Darum ist es für den Erhalt der Schutzschicht am besten, eine gleichmäßige Temperatur beizubehalten, die nur so hoch wie nötig ist.

Methode zur Temperaturmessung

Innerhalb des Projekts entwickeln die Forscher deshalb zusätzlich eine Methode zur Temperaturmessung. „Wir bewegen uns in einem Bereich von 600 bis 900 °C“, sagt Jens Kruse, Maschinenbauingenieur und Mitarbeiter am IPH. „Bisher ermittelt man die Umformtemperatur meist optisch oder taktil, die Messungen sind häufig ungenau. Temperaturen während des Schmiedens direkt an der Gesenkoberfläche zu messen ist noch nicht verlässlich möglich.“ Um dies zu ändern, wollen die Forscher einen Dünnschichtsensor entwickeln, der direkt auf der Oberfläche des Gesenks angebracht werden kann. Mithilfe der Messdaten wollen die Forscher die Prozesstemperatur und den Verschleiß der DLC-Schicht in einen direkten Zusammenhang setzen.

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