22. JUNI 2018

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X-fache Standzeit


Fokus

Sind PVD und CVD – zumindest die bekannten Spielarten – als Werkzeugbeschichtungsmethoden von gestern? Die Zukunft könnte einem noch sehr jungen Verfahren gehören, dem 3D-TT-CVD.
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In den Jahren 1955 bis 1956 wurde in der Metallgesellschaft in Frankfurt ein besonderes Normaldruck-Oberflächenveredelungsverfahren entwickelt. Mittels dieses Verfahrens konnten zum ersten Mal Hartstoffe wie Titankarbid, Titannitrid und Titankarbonitrid bis über 10 µm Schichtdicke auf Stahloberflächen im Temperaturbereich zwischen 850 und 1.050 °C abgeschieden werden. Die hohe Mikrohärte dieser Hartstoffe von 2.450 HV (TiN) und 3.200 HV (TiCN), ihre geringe Neigung zum Kaltverschweißen und ihr entsprechend niedriger Reibungsbeiwert machten diese Werkstoffe besonders für die Umform- und auch für die Zerspanungstechnik sehr interessant.

Problem: Verzug beim Härten und Anlassen

Leider verhinderte die hohe Herstellungstemperatur eine breitflächige Anwendung dieses Verfahrens in der Veredelung von Umformwerkzeugen und Zerspanungswerkzeugen aus Hochleistungsschnellarbeitsstahl. Die Ursache dafür ist das nach dem Beschichten notwendige nochmalige Härten und Anlassen aller beschichteten Werkzeuge. Diese thermischen Nachbehandlungen führen fast immer zu einem nichtreparablen Verzug, der 95 Prozent aller veredelten Werkzeuge betreffen kann.

Man wollte aber trotz dieser Tatsachen die Technologie nicht sofort begraben und beschloss, sofort einen besonders verzugsfreien Stahl zu entwickeln. Dies ist in besonders kurzer Zeit gelungen: Der Stahl 1.2601 wurde in relativ großen Mengen hergestellt. Die Entwicklung dieses Stahls in Verbindung mit dem Normaldruck-CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) verursachte in der Umformtechnik einen beachtlichen wirtschaftlichen Sprung nach vorne. Aus ihm wurden verschiedene Biege- und Stanzwerkzeuge hergestellt. Das Normaldruck-CVD-Verfahren erwies sich jedoch für eine Oberflächenveredelung von Werkzeugen und Maschinenbauteilen aus Hartmetall (HM) als absolut ungeeignet. Die Ursache ist die Entstehung einer unerwünschten, sehr spröden ?-Phase in der HM-Oberfläche.

Erst in der Mitte der Siebzigerjahre konnte das Problem der ?-Phase dank der Entwicklung des Hochtemperatur-CVD-Unterdruckverfahrens gelöst werden. Jedoch konnte mit dem Unterdruckverfahren das Problem einer erneuten verzugsfreien thermischen Nachbehandlung (Härten und dreimaliges Anlassen) von Werkzeugstählen nicht gelöst werden. Somit ist dieses Verfahren bis heute für die Oberflächenveredelung von Umform-, Zerspanung- und Spritzgießwerkzeugen nur in einem sehr geringen Maß oder überhaupt nicht geeignet.


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bbr 01/2018
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Technisches F&E-Zentrum
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