Verbundprojekt HEW-Form: Hochentropische für Umformwerkzeuge

Im Rahmen des Projekts „Hochentropische Werkstoffe für Umformwerkzeuge – HEW-Form“ untersucht und charakterisiert die W.S. Werkstoff Service GmbH neu entwickelte Werkstoffe aus dem System AlxCoCrFeNi unter Hochtemperaturbedingungen.

Warum neue Werkstoffe für Umformwerkzeuge?

Die Standzeit von Umformwerkzeugen ist neben ihrer mechanischen Belastbarkeit ein entscheidender Faktor für den wirtschaftlichen Einsatz in der Automobilindustrie. Um diese Eigenschaften zu verbessern, sollen im Rahmen des Projekts hochentrope Werkstoffe aus dem Legierungssystem AlxCoCrFeNi systematisch erforscht werden.

Geplant ist, diese Werkstoffe mittels additiver Fertigung als funktionale Schichtsysteme auf Presswerkzeuge aufzubringen. Dadurch sollen Werkzeuge im späteren industriellen Einsatz eine höhere Verschleißbeständigkeit und Lebensdauer erreichen.

Hochentropische Werkstoffe – ein vielversprechendes Materialkonzept

Hochentropische Werkstoffe zeichnen sich durch ihre besondere Legierungsstruktur mit mehreren Hauptkomponenten aus. Dadurch können sie eine Kombination von Eigenschaften erreichen, die für Hochtemperaturanwendungen besonders interessant ist: hohe Festigkeit, gute Duktilität, hohe Verschleißbeständigkeit und stabile Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Diese Eigenschaften machen sie zu vielversprechenden Kandidaten für hoch beanspruchte Werkzeugoberflächen.

Forschungsprojekt mit starken Partnern

An dem von der Leitmarktagentur NRW geförderten Verbundprojekt sind sechs industrielle und wissenschaftliche Partner beteiligt: Dörrenberg Edelstahl, Kirchhoff Automotive, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Access e. V. und die Ruhr-Universität Bochum.

Ziel ist die Entwicklung additiv gefertigter hochentropischer Schichtsysteme, die auf Formwerkzeugen eingesetzt werden können. Diese sollen insbesondere die Fertigung von Bauteilen im Verfahren des direkten Presshärtens optimieren – einem wichtigen Prozess in der modernen Automobilproduktion.

Chemische Analyse der Legierungen

Neben der mechanischen Prüfung werden im Projekt auch spektrometrische Untersuchungen an den hochentropischen Legierungen durchgeführt. Dazu zählen unter anderem die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), die Optische Emissionsspektrometrie (OES) und Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX). Ziel ist es, geeignete Verfahren zur zuverlässigen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung dieser komplexen Legierungen zu identifizieren.

Aufgaben des W.S. Werkstoff Service im Projekt

Wir übernehmen innerhalb des Verbundprojekts die mechanische Charakterisierung verschiedener speziell entwickelter Versuchslegierungen. Hierfür steht eine moderne Hochtemperatur-Prüfeinrichtung zur Verfügung, mit der sowohl Zug- als auch Druckversuche an Kleinstproben durchgeführt werden können – bei Temperaturen von bis zu mindestens 700 °C.

Ein berührungsloses Laserextensometer ermöglicht dabei die hochpräzise Erfassung von Dehnungen – von kleinsten Wegänderungen im elastischen Bereich bis hin zu großen Dehnungen beim Probenbruch.

Entwicklung standardisierter Prüfverfahren

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten bei W.S. Werkstoff Service liegt in der Entwicklung standardisierter Prüfmethoden zur Charakterisierung hochentropischer Werkstoffe. Dabei bringt das Unternehmen die Kompetenzen seines Materialtest– und ExpertCenters, insbesondere in den Bereichen Hochtemperaturprüftechnik und begleitete Normung, ein.

Das langfristige Ziel besteht darin, geeignete Prüfverfahren zu definieren und auf normative Grundlage zu bringen, um die Bewertung dieser innovativen Werkstoffe zu vereinheitlichen.

Projektinformationen

Titel: Hochentropische Werkstoffe für Umformwerkzeuge – »HEW-Form«
Laufzeit: 01.01.2017 – 31.12.2019
Projektträger: LeitmarktAgentur NRW / Projektträger Jülich (PTJ)
Gefördert durch: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE): Europäische Union und Land Nordrhein-Westfalen