DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

Stahlhersteller Einfluss auf den Werkzeugverschleiß
nehmen kann.
Der erste Schritt die Lebensdauer zu erhöhen ist aber in
jedem Fall die Auswahl eines geeigneten Materials für das
Formwerkzeug, meist eines Warmarbeitsstahls, und
dessen Herstellungsverfahren.
Die Hauptschadensart der Druckgießform entsteht auch
bei Verarbeitung von thixotropem Material durch die starke
mechanisch-thermische Wechselbeanspruchung, deren
Folge Warmrissbildung ist. Ca. 80 % aller Schäden gehen
auf Warmrissbildung zurück. Darüber hinaus sollten aber
auch Spannungsrisse, Korrosion, Auswaschungen und
Anklebungen vermieden werden. Deshalb werden
Warmarbeitsstähle mit Chrom, Vanadium, Molybdän,
Silizium und gegebenenfalls Kobalt verwendet, die die
Warmfestigkeit, den Warmverschleißwiderstand, die
Anlassbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und
Überhitzungsbeständigkeit von Warmarbeitsstählen
erhöhen, vgl. [4].
So bestehen übliche Werkzeugformen aus den Stählen
X37CrMoV5-1 oder X40CrMoV5-1 mit 0,37 bzw. 0,40 %
Kohlenstoff, 1% Silizium, 5,3% Chrom, 0,4-1% Vanadium
und 1,3-1,4% Molybdän. Eine erhöhte Warmfestigkeit und
Anlassbeständigkeit erreicht man bereits bei dem gleichen
Stahltyp mit einer Erhöhung des Molybdän-Gehaltes auf
3% bzw. 5%.
So wird es sogar möglich, Kupferlegierungen, die auch bei
einer thixotropen Verarbeitung höhere Gießtemperaturen
als die Leichtmetalle erfordern, mit diesen
Warmarbeitsstählen zu gießen. Zusätzlich kann der
Warmarbeitsstahl für diesen Verwendungsdungszweck mit
Kobalt legiert werden, der zusätzlich als Diffusionshemmer
und Mischkristallbildner im Warmarbeitsstahl dient und so
die Verschleißfestigkeit erhöht.
In eine ganz andere Richtung muss der Stahlhersteller
denken, vgl. wiederum [4], wenn großformatige
Formkonturen hergestellt werden sollen, da diese vor
allem zu Spannungsrissen neigen und bruchgefährdet
sind. Hier hilft nur die Verwendung eines
Warmarbeitsstahles mit hoher Zähigkeit. Geeignet scheint
ein Warmarbeitsstahl X36CrMoV5 mit nur 1% Molybdän
und einem sehr geringen Gehalt an Nebenelementen, also
einem hohen Reinheitsgrad, wie er in früheren Jahren
nicht einstellbar war.
Weitere Eigenschaftsverbesserungen sind durch
geeignete Wärmebehandlungsverfahren, wie
Diffusionsglühen oder Normalisieren, oder durch
Umschmelzen des Stahls möglich.
Ein Umschmelzen mit dem Elektro-Schlacke-
Umschmelzverfahren (ESU) ermöglicht es wesentlich
höhere Reinheitsgrade im Vergleich zu konventionell
hergestellten Stählen zu erzielen und somit die Zähigkeit
signifikant zu erhöhen. Gleichzeitig zeigen sich eine
Seigerungsverringerung im Werkstoffgefüge und eine
verbesserte Isotropie.
Eine weitere materialtechnische Herausforderung ist die
Gießkammer der Druckgussmaschine und hier
insbesondere die, in der das thixotrope Material vor Ort,
meist induktiv, erwärmt wird. Herrschen von Induktor zu
Induktor schon unterschiedliche Temperaturen vor, ist der
Temperaturgradient am Beginn und Ende des Zylinders
besonders groß.
Wenn dann noch feste Teilchen aus
Magnesiumlegierungen mit einer Schnecke, wie sie in
Figur 5 dargestellt ist, verarbeitet werden sollen, die im
Bereich der Schnecke erst aufgewärmt werden, wird klar,
dass eine besondere Stabilität gegen Verzug und eine
hohe Wärmeschockresistenz an das Material der
Gießkammer, in der die Schnecke arbeitet, gestellt werden
muss.
Mit solcherart Warmwechselfestigkeitsbelastung kommt
dann ein Warmarbeitsstahl, möge er noch so ausgeklügelt
sein, nicht mehr zurecht.
Für eine wärmeschocksichere Vorrichtung muss dann auf
hochtemperaturbeständige Legierungen auf Nickel-Basis
oder Niob- und Titan-Basis oder auf mit diesen
Legierungen beschichtete Stahllegierungen oder auf
Verbundwerkstoffe zurückgegriffen werden, vgl. z.B. die
EP 1 019 210 B1 oder auch die DE 41 39 421 C2.
Darüber hinaus ist der Einsatz von Keramik als
Gießkammerwerkstoff oder Gießformenwerkstoff
vollständig oder im Verbund mit Metallen denkbar, wenn
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