Einfluss des Lösungszustandes und der Mikrostruktur auf die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Werkzeugstahl

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Werner Theisen
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202401771

Werkzeugstähle finden ihren Einsatz u.a. im Bereich der Kalt- und Warmformgebung, wie z.B. in der Blechumformung und in der Schmiedetechnik. Die Auslegung dieser Stähle erfolgt in der Regel nach technologischen Aspekten wie der Zug- und Druckfestigkeit bzw. der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Physikalische Eigenschaften wie die elektrische und thermische Leitfähigkeit erlangten in der Entwicklung von Werkzeugstählen bislang kaum Beachtung.In der vorausgegangenen Förderperiode wurde der Einfluss der chemischen Zusammensetzung und des Wärmebehandlungszustands auf die Leitfähigkeit von Werkzeugstählen analysiert. Hierbei zeigte sich ein starker Einfluss der Wärmebehandlung und des dadurch erzeugten Lösungszustandes, insbesondere durch Bildung und Auflösung von Karbiden. Die Bildung und das Wachstum der Karbide führen zu einem deutlichen Anstieg der Leitfähigkeit, da der Eisenmatrix hierdurch leitfähigkeitsmindernde Legierungselemente entzogen werden.Darüber hinaus wurden grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Leitfähigkeit eines durch Infiltration hergestellten Verbundwerkstoffs erforscht. Diese Werkstoffe haben das Potential, als hochleitfähige Funktionsschichten mit einer guten Druckfestigkeit eingesetzt zu werden. Es zeigte sich auch hierbei, dass eine durch den Infiltrationsprozess hervorgerufene Verunreinigung des Kupfers die erzielbare Wärmeleitfähigkeit des Verbundes deutlich herabsetzt, welche allerdings durch eine gezielte Wärmebehandlung wieder angehoben werden kann.In der beantragten Förderphase sollen diese Erkenntnisse nun auf den technischen Anwendungsfall am Beispiel des Presshärtens übertragen werden. Hierzu sollen an einem Versuchstand Presshärteversuche durchgeführt werden, wobei der Einfluss der wärmebehandlungstechnisch eingestellten Wärmeleitfähigkeit der Versuchswerkzeuge auf die mechanischen Eigenschaften des umgeformten Bauteils untersucht werden soll. Dabei stehen insbesondere partielle Wärmebehandlungen der Werkzeuge sowie funktionelle Infiltrationsschichten auf der Werkzeugoberfläche im Fokus, um über lokal unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten am Werkzeug ein gradiertes Eigenschaftsprofil der umgeformten Blechbauteile zu erzeugen. Hierzu sind jedoch auch weitergehende Untersuchungen mit Bezug auf Einflussgrößen der Leitfähigkeit von Werkzeugstählen nötig. Dies beinhaltet die Leitfähigkeit gebildeter Anlasskarbide sowie den Einfluss von Kurzzeitwärmebehandlungen auf die Leitfähigkeit der Stähle. In Bezug auf die Verbundwerkstoffe stehen die Ausscheidungskinetik von Eisenausscheidungen in Kupfer sowie die Steigerung der Festigkeit Kupfer-infiltrierter Stähle im Vordergrund.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Sebastian Weber