Material- und Prozessparameter für das Thixoschmieden von Stahl

Thixoforming ist ein junges Formgebungsverfahren von metallischen Werkstoffen im teilflüssigen bzw. teilerstarrten Zustand. Dieses Verfahren positioniert in vielerlei Hinsicht insbesondere seiner Prozesstemperatur zwischen dem Verfahren Gießen und Schmieden und verbindet einige interessanten Vorteile von beiden Verfahren. Die Formgebung von Stahl im thixotropen Zustand ist noch immer eine große Herausforderung. Auf der einen Seite bietet dieser Materialzustand zwischen Liquidus und Solidus große Vorteile hinsichtlich komplexer Endgeometrien bei niedrigen Presskräften. Auf der anderen Seite sind eine Reihe von Problemen noch nicht vollständig gelöst, wie z. B. das Auftreten unzulässiger Entmischungen, Porenbildungen und Materialrisse. Vor allem unter Serienbedingungen lassen sich diese Probleme noch nicht hinreichend sicher verhindern. Hierzu kommen bei der Serienfertigung noch unbefriedigende Standzeiten für die Werkzeuge. Lösungswege zu serienfähigen Prozessen führen über die Entwicklung besonders geeigneter neuer Stahllegierungen und die weitere werkstoffwissenschaftliche Durchdringung des Formgebungsprozesses sowie die Optimierung der Prozessrandbedingungen. In dieser Arbeit wurden thermodynamische und thermophysikalische Eigenschaften, Fliessverhalten und thermische Prozessrandwerte d. h. Wärmestrahlungs- und Wärme-übergangszahl erforscht. Zur Ermittlung von diesen Daten wurden verschiedene theoretische und experimentelle Methode verwendet, die teilweise im Rahmen dieser Arbeit für die Messungen bei den erhöhten Temperaturen speziell entwickelt wurden. Insbesondere bei der Ermittlung des Fließverhaltens wurde dabei eine neue Methode entwickelt, die eine inverse Modellierung in Verbindung mit dem Stauchversuch einer ummantelten Probe anwendet. Die ermittelten Material- und Prozessparameter wurden untereinander und mit verschiedenen Parametern wie die Temperatur und der Gefügezustand in Beziehung gesetzt und analysiert. Des Weiteren wurden aus den ermittelten Daten empirische Modelle für Fließverhalten und Prozessrandwerte entwickelt. Schließlich wurde der Thixoschmiedeprozess auf der Anlage des IBF anhand der numerischen Simulation (FEM) mit den ermittelten neuen Daten analysiert.