Tim Henning, 2025
| Titel | Löttechnische Herstellung mechanisch und thermisch hoch beanspruchter Werkzeuge mit integrierten Kanalstrukturen | |
| Autor/Autor | Tim Henning | |
| Verleger | Vulkan Verlag GmbH | |
| Erscheinungsjahr | 2025 | |
| Gesamttitel | Werkstofftechnologische Schriftenreihe ; Band 32 | |
| Hochschulschrift | Zugl.: Dortmund, Technische Universität Dortmund, 2025 | |
| ISBN | 978-3-8027-8839-0 | |
| Sprache | Deutsch | |
| Schlagwörter | Vakuumlöten, Wärmebehandlung, Werkzeugstähle, Mikrostrukturanalytik, Kirkendall-Poren, hochfeste Fügeverbunde | |
| Bezugsquelle | 31,50€ beim Vulkan-Verlag |
Kurzfassung
Die löttechnische Herstellung hochleistungsfähiger Werkzeuge mit integrierten
Kanalstrukturen für den Werkzeug- und Formenbau ist aufgrund des enormen
thermisch-mechanischen Beanspruchungskollektivs im Einsatz besonders
herausfordernd. Die etablierten Fertigungsprozesse mit Ni-Basislotwerkstoffen
erfordern für eine zuverlässige Fügeverbundfestigkeit jedoch Prozesstemperaturen
und Haltezeiten, die häufig im oberen Bereich der spezifizierten
Wärmebehandlungsparameter der Werkzeugstähle liegen oder diese signifikant überschreiten. Dadurch resultieren für die kombiniert geführten Fügeund
Wärmebehandlungsprozesse Kompromisse zulasten der Performance der
Werkzeugstähle, ohne die hoch beanspruchte Werkzeuge oder moderne Spezialwerkzeugstähle
nicht prozesssicher herstellbar bzw. verarbeitbar sind.
Die Zielstellung dieser Arbeit ist daher durch eine werkstoff- und prozesstechnische
Weiterentwicklung dieser Thematik charakterisiert, durch die bei niedrigen
Prozesstemperaturen und Haltezeiten eine prozesssichere Ausgangsbasis
mit hohen Fügeverbundfestigkeiten für zukünftige Prozessentwicklungen
realisiert wird.
Zur Erreichung dieses anspruchsvollen Zieles wurden zwei
Lösungsstrategien verfolgt. Die erste fokussierte sich zunächst auf die Identifikation der Entstehungsmechanismen festigkeitsreduzierender Grenzflächendefekte
im System Ni 620/Werkzeugstahl. Aus einer inkrementell geführten
Analyse, der bis dato nicht untersuchten Wechselwirkungen des Systems im
Prozesssegment der Erwärmung, wurden Abhilfemaßnahmen zur Defektvermeidung
abgeleitet, die schlussendlich erfolgreich auf einen speziellen Hochleistungs-
Werkzeugstahl für eine Anwendung beim Druckgießen übertragen
wurden. Die Ergebnisse belegen, dass die Fügeverbundqualität mitunter maßgeblich
von bislang unbekannten Einflussgrößen wie dem Design des Erwärmungssegmentes
unterhalb der Solidustemperatur des Lotwerkstoffes oder
dem Mikrofließverhalten im Lötspalt abhängig ist. Durch das metallurgischprozesstechnische
Verständnis dieser Zusammenhänge konnte erstmalig die
komplexe Mikrostrukturentwicklung dieser Fügeverbunde vollständig dargestellt
und eine Methodik zur Differenzierung zwischen Grenzflächendefekten
und Kirkendall-Poren erforscht werden. Mit der zweiten Lösungsstrategie
wurde die Eignung alternativ einsetzbarer Cu-Basislotwerkstoffe evaluiert. Als
Resultat der Arbeit wurden, für die zuvor aus löt- und wärmebehandlungstechnischer
Sicht kategorisierten Werkzeugstähle, individuell anwendbare
Lösungskonzepte mit Fügeverbundfestigkeiten im Bereich der Fließgrenze der
Werkzeugstähle erarbeitet. Dadurch besteht ein stabiles Fundament zur Erschließung
der Marktsegmente hoch beanspruchter Druckgießwerkzeuge und
stickstofflegierter Werkzeugstähle.