Entwicklung von Austenitisch-Ferritischem Gusseisen (ADI) aus EN-JS2070: Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und deren Auswirkung auf die Oberflächenbearbeitung durch das Maschinelle Oberflächenhämmern

Das masgeschneiderte Material fur eine Anwendung zu finden oder ein Material auf seine Anwendung hin zu optimieren, ist Inhalt zahlreicher Forschungsvorhaben. Dort wo Produktionskosten eine grose Rolle spielen, wird so versucht die Effizienz eines Prozesses weiter zu erhohen. Ein Beispiel hierfur ist die Produktion von Presswerkzeugen in der Automobilindustrie. Die Presswerkzeuge sollten zum Beispiel einen hohen Verschleiswiderstand aufweisen, um die Lebenszeit eines Automobilmodells ohne Nacharbeiten uberdauern zu konnen. Gleichzeitig sollten die Werkzeuge moglichst kostengunstig in der Produktion sein. Der Werkstoff der hier, in der Regel, verwendet wird, ist ein perlitischer Grauguss mit globularen Graphitspharolitausscheidungen. Dieser entspricht dem Anforderungsprofil, das an einen Werkstoff fur ein Presswerkzeug gestellt wird: hohe Verschleisfestigkeit bei geringen Produktionskosten. Ein neuer Weg um den Herstellungsprozess von Umformwerkzeugen effektiver zu gestalten hat sich in den letzten Jahren in der Industrie durchgesetzt. Hierbei wird das zeitraubende manuelle Polieren der Werkzeugoberflachen durch einen maschinellen Einglattungsprozess, dem Maschinellen Oberflachenhammern, ersetzt. Das Oberflachenhammern - ein zyklisches Schlagen einer Hartmetallkugel auf die Werkstoffoberflache - wird bereits heute in der Serienproduktion der Automobilindustrie verwendet. Durch Fuhrung des Hammerkopfes mit einem Roboter konnen so Frasriefen der Oberflache vollautomatisiert eingeglattet werden. Neben der Einglattung tritt auch eine Kaltverfestigung der Oberflache auf. Vor Verwendung dieses Verfahrens wurde die Oberflache der Umformwerkzeuge, welche oft mehrere Quadratmeter gros ist, per Hand poliert. Um Gewicht im Automobil einzusparen werden zunehmend hoherfeste Bleche verwendet. Dies hat zur Folge, dass die Belastung der Oberflache der Presswerkzeuge ansteigt. Der herkommlich verwendete Grauguss weist hierfur nicht mehr die notigen Materialeigenschaften auf. Es kommt zur Schadigung der Werkzeugoberflache beim Abpressen hoherfester Bleche. Um dieses Problem zu losen werden bisher zwei Wege verfolgt. Zum einen wird an hochbelasteten Stellen des Presswerkzeugs ein hoherfester (lasergeharteter) Stahl verwendet. Zum anderen wird der Grauguss durch Laserharten an der Oberflache in den martensitischen Zustand uberfuhrt. Beide Wege weisen dabei Nachteile auf. Erstens sind Stahle um ein vielfaches teurer als der bisher verwendete Grauguss und zweitens macht das Laserharten, welches einen zusatzlichen Prozessschritt darstellt, den Gesamtherstellungsprozess der Umformwerkzeuge weniger effektiv. Ein weiterer Prozessschritt bedeutet teurere Produktionskosten und des Weiteren kann es zum thermischen Verzug der Werkzeugoberflache kommen. Die durch das Hammern eingebrachte Kaltverfestigung der Oberflache ist alleine jedoch nicht ausreichend, um auf die erwahnten Hartungsprozesse verzichtet zu konnen. Hier setzt diese Arbeit an. Ziel ist es die Mikrostruktur des bisher verwendeten Gusswerkstoffes EN-JS2070 in der Weise anzupassen, dass durch das Maschinelle Oberflachenhammern, eine glatte und gleichzeitig ausreichend harte Oberflache erzeugt wird. Diese Oberflache sollte dabei deutlich harter als das Grundmaterial sein, so dass das Tiefziehen hoherfester Bleche moglich wird. Die Mikrostruktur von EN-JS2070 soll in der Weise angepasst werden, dass diese auf die ausere Belastung des Hammerns eine martensitische Oberflache bildet. Dafur erfolgt eine zweistufige Warmebehandlung, um das Gefuge von EN-JS2070 in ein austenitisch-ferritisches (ADI) Gefuge umzuwandeln. Es entsteht metastabiler Austenit, welcher unter Verformung in harten Martensit umwandeln kann. Die notige Verformung soll durch das Oberflachenhammern eingebracht werden. Dabei ergibt sich unter anderem die wissenschaftliche Fragestellung nach dem Einfluss der Warmebehandlungsparameter (Austenitisierungstemperatur, –zeit, Ausferritisierungs-temperatur, zeit) auf die ADI-Mikrostruktur. Der Fokus liegt hier auf dem Anteil an metastabilem Austenit und dessen Kohlenstoffgehalt, da diese beiden Parameter zum einen den Anteil an erzeugbarem Martensit und zum anderen dessen Harte bestimmen. Hieraus soll eine Strategie zur optimalen thermomechanischen Behandlung des Ausgangswerkstoffes abgeleitet werden. Eine detaillierte Analyse des Einflusses von Kohlenstoff auf die Austenitstabiltitat soll durch Kombination aus mikromechanischer Untersuchung und Simulation des Hammerprozesses erreicht werden.