Aufgabenstellung
Gesteigerte Warmverschleißbeständigkeit sowie optimierte Reibeigenschaften sind speziell bei hochbeanspruchten Presshärtewerkzeugen von großem Interesse, um die Standzeit zu erhöhen bzw. Überarbeitungsintervalle zu verlängern. Im Forschungsprojekt soll ein neuartiges Laserstrahllegierungsverfahren unter Verwendung drahtbasierter Zusatzwerkstoffe mit dem Ziel entwickelt werden, durch eine gezielte Zugabe von Legierungselementen eine martensitische Härtung im modifizierten Gefüge zu erreichen, die zu verbesserten mechanischen Eigenschaften mit erhöhter Verschleißbeständigkeit führt. Daraus leitet sich ein Forschungsbedarf zur Identifizierung der werkstoffspezifischen Elementzielkonzentrationen sowie einer Legierungsstrategie zum flächigen Legieren von 3D-Bauteilen ab.

Vorgehensweise
Um homogene Gefügeeigenschaften beim drahtbasierten Laserstrahllegieren von 3D-Oberflächen zu erreichen, wird der Einfluss der Schmelzbadlage relativ zur Richtung der Gravitationskraft im Hinblick auf die resultierende Verteilung der Legierungselemente im modifizierten Querschnitt analysiert. Zudem erfolgt die Entwicklung geeigneter Legierungsstrategien, um entsprechend der ermittelten Beanspruchungen eine wirkortgerechte Gefügemodifikation durch gradierte Elementkonzentrationen abbilden zu können.

Ergebnisse
Mittels elementsensitiver Messungen konnte eine Gleichverteilung der Legierungselemente unabhängig der Schmelzbadlage festgestellt werden. Entsprechend der identifizierten Beanspruchungsbereiche können gradierte mechanische Eigenschaften über konvex gekrümmte Oberflächen in einem Winkelsegment von 0°-45° erzielt werden. Im Detail wurde die Prozessgeschwindigkeit über die Spurlänge linear von 2 mm/s auf 6 mm/s erhöht, woraus ein Konzentrationsgradient von 0,25 Gew.-% (Messfeld 1) bis 0,5 Gew.-% (Messfeld 2) resultiert, siehe Abbildung. Dies äußert sich in einem Anstieg der Mikrohärte von 780 HV0.2 auf 820 HV0.2. Entsprechend der identifizierten Legierungszonen konnte über einen Konzentrationsgradienten der Legierungselemente die Mikrohärte zum Scheitelpunkt des Krümmungsradius gesteigert werden.