TY - CONF A1 - Schridewahn, S. A1 - Spranger, F. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Verbesserung des tribologischen Einsatzverhaltens von Presshärtewerkzeugen durch Laserimplantation titanbasierter Hartstoffpartikel T2 - Tagungsband zum 15. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2020 N2 - In der Automobilindustrie stellt das Presshärteverfahren eine Schlüsseltechnologie zur ressourceneffizienten Herstellung sicherheitsrelevanter Karosserie-komponenten dar. Während der Umformoperation treten jedoch hohe Reibungs- und Verschleißerscheinungen an den interagierenden Werkzeug- und Werkstückwirkflächen auf, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Maschinenstandzeit nachhaltig beeinträchtigen. Um die bestehenden Verfahrensgrenzen zu erweitern, wird daher eine Modifikation der Presshärtewerkzeuge mittels Laserimplantation angestrebt. Hierbei werden in die Werkzeugoberfläche keramische Hartstoffpartikel anhand eines gepulsten Laserstrahles eingebettet, infolgedessen kuppelförmige sowie höchstfeste Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Die Auswahl geeigneter Hartstoffmaterialien stellt jedoch ein entscheidendes und bisweilen limitierendes Kriterium dar, um defektfreie sowie verschleißresistente Oberflächenmodifikationen zu generieren. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche titanbasierte Hartstoffpartikel auf presshärtespezifische Werkzeugstähle laserimplantiert und anschließend mittels modifizierten Pin-on-Disk-Tests hinsichtlich ihres tribologischen Einsatzverhaltens untersucht. Um die Wirksamkeit des Laserimplantationsverfahrens zu evaluieren, wurden zudem Verschleißuntersuchungen an unmodifizierten Werkzeugoberflächen durchgeführt und mit den erzielten Ergebnissen der lokal dispergierten Topographien verglichen. T2 - 15. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2020 CY - Erlangen, Germany DA - 17.11.2020 KW - Laserimplantation KW - Werkzeugmodifikation KW - Presshärten KW - Tribologie PY - 2020 SP - 1 AN - OPUS4-53692 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. ED - Merklein, M. T1 - Untersuchung des tribologischen Einsatzverhaltens von lokal dispergierten Presshärtewerkzeugoberflächen T2 - Tagungsband zum 14. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2019 N2 - Das Presshärteverfahren hat sich zur ressourceneffizienten Verarbeitung von höchstfesten Stahlwerkstoffen im Karosserieleichtbau weltweit etabliert. Die fehlerfreie Bauteilproduktion wird jedoch durch Reibungs- und Verschleißerscheinungen aufgrund hoher thermo-mechanischer Werkzeugbelastungen und fehlender Schmierstoffsysteme limitiert. Als Lösungsansatz wird eine Modifikation der Werkzeugoberfläche mittels Laserimplantation angestrebt, um folglich deren Verschleißbeständigkeit nachhaltig zu erhöhen. Das Verfahren basiert auf einem lokalen Dispergieren keramischer Hartstoffpartikel in die Werkzeugoberfläche, infolgedessen hochfeste und erhabene Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Aufgrund der signifikanten Reduzierung der Kontaktfläche sowie der hohen Verschleißbeständigkeit der eingesetzten TiB2-Hartstoffe wird ein verbessertes tribologisches Einsatzverhalten unter presshärtetypischen Prozessbedingungen erwartet. Zur Verifizierung dieser Annahmen wurden im Rahmen dieser Arbeit modifizierte Pin-on-Disk Tests durchgeführt, um das Reib- und Verschleißverhalten der laserimplantierten Werkzeugoberflächen unter Presshärtebedingungen zu untersuchen. Zur weiteren Vertiefung des Prozess-verständnisses wurden die verschlissenen Platinen via Tastschnittmessungen und Querschliffaufnahmen analysiert. Durch den Ergebnisvergleich mit konventionellen Werkzeugoberflächen erfolgte eine abschließende Bewertung des tribologischen Einsatzverhaltens der laserimplantierten Strukturen. T2 - 14. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2019 CY - Fürth, Germany DA - 19.11.2019 KW - Laserimplantation KW - TiB2 KW - X38CrMoV5-3 KW - Presshärten KW - Tribologie PY - 2019 SP - 169 EP - 178 PB - Meisenbach Verlag Bamberg CY - Bamberg AN - OPUS4-49703 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Schirdewahn, S. A1 - Kromm, Arne A1 - Merklein, M. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - On the influence of tib2, tic and tin hard particles on the microstructure of localized laser dispersed aisi d2 tool steel surfaces T2 - 2019 ICALEO Conference Proceedings N2 - The control of friction and wear is a major concern in many industrial applications. A promising method for a tailored surface modification is the so-called laser implantation technique. This method combines surface texturing and material optimization in one processing step by a localized dispersing of hard ceramic particles using pulsed laser radiation. Wear resistant, protruding micrometric features (implants) with defined geometry can be created in deterministic pattern where needed on highly stressed surfaces, i.e. on forming or cutting tools. However, in order to maintain the implants over the tool’s lifetime, a suitable selection of hard ceramic particles is a prerequisite. They must provide a defect-free Metal Matrix Composite with a high share of homogeneously distributed particles and especially a high implant hardness. In this study TiN, TiC and TiB2 hard particles were compared as implant materials for the first time. By a systematic variation of the pulse power and pulse duration, their dispersing behavior and influence on the material properties of AISI D2 tool steel was investigated. Although all powder materials had grain sizes smaller than 10 µm, it was possible to disperse them by pulsed laser radiation and to obtain defect-free protruding implants. The highest share of dispersed particles (~64 %) was observed for TiB2. By scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy, it was also shown that a significant share of the pre-placed particles was dissolved by the laser beam and precipitated as nanometer sized particles within the matrix during solidification. These in-situ formed particles have a decisive influence on the material properties. While the TiN and TiC implants have shown maximum hardness values of 750 HV1 and 850 HV1, the TiB2 implants have shown the highest hardness values with more than 1600 HV1. By X-ray diffraction, it was possible to ascribe the lower hardness values of TiC and TiN implants to high amounts of retained austenite in the metal matrix. By implanting TiB2, the formation of retained austenite was successfully suppressed due to the in-situ formation of TiC particles, which was proven by electron backscatter diffraction. In conclusion, all the implant materials are basically suitable for laser implantation on AISI D2 tool steel. However, TiB2 has shown the most promising results. T2 - 38th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - Laser implantation KW - Surface texturing KW - AISI D2 KW - TiB2 PY - 2019 SN - 978-1-940168-1-42 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-49317 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. ED - M., Oldenburg ED - J., Hardell ED - D., Caellas T1 - Tribological performance of localized dispersed X38CrMoV5-3 surfaces for hot stamping of Al-Si coated 22MnB5 sheets T2 - Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel - CHS2, Wissenschaftliche Skripten N2 - Over the last years, the weight of modern car bodies has risen significantly due to the increasing customers’ demand for comfort and safety equipment. However, this ongoing trend leads to an increasing fuel consumption and thus to higher carbon dioxide emissions. In order to counteract these problems, hot stamping has been established in the automotive industry as a key technolo-gy for lightweight construction, regarding the manufacturing of safety-relevant car body compo-nents. Hot stamped parts are commonly made out of boron-manganese steel 22MnB5, which is initially austenized and subsequently formed and quenched in one process step. As a result, geo-metrical complex structures with an ultimate tensile strength of 1500 MPa are generated. The surfaces of the workpieces are coated with an Al-Si layer to avoid oxide scale formation and to ensure corrosion protection. However, the coating system leads to an increased adhesive wear on the tool surface due to the high thermo-mechanical tool stresses. Therefore, a time and cost con-suming rework of the hot stamping tools is required. The aim of this study is to increase the tribological performance of hot stamping tools by using a laser implantation process. This tech-nique allows the ma-nufacturing of separated, elevated and dome-shaped microstructures on the tool surface in consequence of a localized dispersing of hard ceramic particles by pulsed laser radiation. The generated surface features offer great potential for reducing the tribological load, due to their high hardness and wear resistance. For this purpose, the friction coefficient of un-modified and laser implanted tool surfaces were examined and compared by using a modified pin-on-disk test. In addition, the surfaces were analyzed by optical measurements in order to quantify the amount of wear. T2 - 7th International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel CHS2-2019 CY - Lulea, Sweden DA - 02.06.2019 KW - Laser implantation KW - Surface texturing KW - X38CrMoV5-3 KW - TiB2 KW - Hot-Stamping PY - 2019 VL - 2019 SP - 357 EP - 364 AN - OPUS4-48285 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -