Schneidwerkzeuge für die Zerspanungsindustrie sind im Einsatz extremen Belastungen ausgesetzt. Stetig wachsende Anforderungen an das Werkzeug aufgrund zunehmender Fertigungsgeschwindigkeiten in der Zerspanung erhöhen folglich die Belastungen immer weiter. Daher wird das Verständnis des Zusammenspiels zwischen dem Grundwerkstoff Schnellarbeitsstahl und der für Schneidwerkzeuge oft notwendigen Beschichtung immer wichtiger. Das Schädigungsverhalten des Verbundes aus Schicht und Substrat ist daher ausschlaggebend für die Lebensdauer eines Werkzeuges und somit für die Produktivität eines industriellen Fertigungsprozesses.
Nun haben sich die Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL) und das „Labor für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik“ des Departments Maschinenbau der Aristoteles Universität Thessaloniki zu einer Kooperation entschlossen, um dieses Schädigungsverhalten gezielt zu untersuchen.
Da das Versagen hauptsächlich von der Schneidkante ausgeht, ist dieser Bereich von besonderem Interesse. Dort wirkt ein Belastungskollektiv, das sich aus einer kombinierten Horizontal- und Normalbelastung zusammensetzt. Ein an der Aristoteles Universität Thessaloniki entwickelter Testaufbau, der sogenannte „Inclined Impact Tester“, ermöglicht nun das reale Belastungskollektiv im Einsatz im Labor nachzubilden und unterschiedliche Substratmaterialien, sei es Stahl oder Hartmetall sowie verschiedenste Schichten wie z.B. AlCrN oder TiN zu prüfen.
Mit Hilfe des „Inclined Impact Testers“ werden Impactbelastungen, die eine Kombination aus Horizontal- und Normalkräften darstellen, auf beschichtete Proben aufgebracht, um den frühen Stadien der Schädigung des Schicht- bzw. Substratverbundes auf den Grund zu gehen. Diese Schädigung erfolgt in Form von Rissen knapp unterhalb der Beschichtung im Stahlsubstrat (siehe Titelbild).
Wirkungen und Effekte
Durch Informationen zur Art der resultierenden Schädigung des Substrates, der Schicht bzw. des Interfaces zwischen den beiden Materialien ist es möglich, den Schicht- bzw. Substratverbund so zu verbessern, dass ein Versagen von beschichteten Werkzeugen verzögert, und somit ihre Standzeit verlängert werden kann.
Diese Tatsache ist von wirtschaftlichem Nutzen, da die Häufigkeit eines Werkzeugtauschs stark reduziert und somit die Produktivität in der industriellen Fertigung deutlich erhöht werden kann.
Projektkoordination (Story)
Dipl. Ing. Matthias Gsellmann
Junior Scientist Steel Engineering
Department Materials
T +43 (0) 3842 45922 0
Projektpartner
voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG, Österreich
voestalpine eifeler vacotec GmbH, Deutschland
LMT Fette Werkzeugtechnik GmbH & Co. KG, Deutschland
Gühring KG, Deutschland
Aristotle University of Thessaloniki, Griechenland