Aufgabenstellung
Gesteigerte Warmverschleißbeständigkeit sowie optimierte Reibeigenschaften sind speziell bei hochbeanspruchten Presshärtewerkzeugen von großem Interesse, um die Standzeit zu erhöhen bzw. Überarbeitungsintervalle zu verlängern. Im Forschungsvorhaben soll ein neuartiges Laserstrahllegierungsverfahren unter Verwendung drahtbasierter Zusatzwerkstoffe mit dem Ziel entwickelt werden, durch eine gezielte Zugabe von Legierungselementen eine Mischkristallhärtung im modifizierten Gefüge zu erreichen, die zu verbesserten mechanischen Eigenschaften mit erhöhter Verschleißbeständigkeit führt. Daraus leitet sich ein Forschungsbedarf zur Entwicklung werkstoffspezifischer Elementzielkonzentrationen sowie einer Legierungsstrategie zum flächigen Legieren mit Mehrfachspuren ab.

Vorgehensweise
Um die maximale Härtesteigerung im modifizierten Gefüge zu erreichen, erfolgt eine analytische Berechnung der erforderlichen Elementkonzentrationen sowie eine Verifikation der resultierenden mechanischen Eigenschaften in experimentellen Untersuchungen mit unterschiedlichen Streckenmassen. Des Weiteren wird der Einfluss einer thermischen Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften bereits legierter Spuren speziell beim Legieren mit Mehrfachspuren untersucht.

Ergebnisse
Die Resultate der experimentellen Untersuchungen zeigen, dass eine Härtesteigerung um ca. 130 HV0.2 bei einer Streckenmasse des Legierungswerkstoffes NiMoCr90 von 2,2 g/m und einer daraus resultierenden Nickelkonzentration von 0,43 Gew.-% erzielt wird. Damit kann im Vergleich zur Härte des Warmarbeitsstahls im Ausgangszustand ein Härteanstieg um ca. 20 % erreicht werden. Die erneute thermische Energieeinbringung beim flächigen Legieren mit Mehrfachspuren induziert die Bildung von Karbiden und Ausscheidungen mit reduzierter Härte (Bild links), sobald die Temperatur in der bereits legierten ersten Spur unterhalb eine kritische Temperatur sinkt. Im Gegensatz dazu kann durch eine gezielte Prozessführung die Härte erhalten werden, wenn die Temperatur in der ersten Spur oberhalb der kritischen Haltetemperatur verbleibt (Bild rechts).