Einsatz von Si3N4-Keramik als Werkstoff für Walzwerkzeuge zum Warmwalzen von Draht

Markus Lengauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Zum Warmwalzen von Draht werden üblicherweise Walzringe aus Hartmetall verwendet. Diese Werkzeuge unterliegen hohem thermisch und mechanisch bedingtem Verschleiß und müssen deshalb oft gewechselt werden. Aufgrund der herausragenden Eigenschaften von Si3N4, wie hoher Härte, Festigkeit und Verschleißbeständigkeit, bietet sich Si3N4 als eine potentielle Alternative zum Hartmetall an. Die thermischen und mechanischen Beanspruchungen eines Si3N4-Walzringes im Drahtblock 03 im Drahtwalzwerk von Böhler Edelstahl in Kapfenberg wurden mittels der Methode der Finiten Elemente ermittelt. Die Temperaturen im Walzring erreichen bis zu 960 °C, die kontaktinduzierten Zugspannungen beim Walzen höchstfester Nickelbasis-Legierungen bis zu 600 MPa. Walzversuche bestätigen die Ergebnisse der numerischen Berechnungen. Mit einem Walzenpaar konnten mehr als 1000 Tonnen Draht aus Werkstoffen mit einer Umformfestigkeit von bis zu 340 MPa gewalzt werden. Bei einer höchstfesten Nickelbasis-Legierung mit einer Umformfestigkeit von 725 MPa kam es hingegen bereits nach wenigen Tonnen zum Bruch der Walzringe. Als Schadensursache stellte sich aufgrund der fraktografischen Untersuchungen und bruchmechanischen Überlegungen Risswachstum durch zyklische Ermüdung heraus. Basierend auf den Versuchsergebnissen konnte auch eine Abschätzung der zyklischen Risswachstumsparameter durchgeführt werden. Abschließend wurde noch eine lebensdauersteigernde modifizierte Walzringeinspannung aus theoretischer Sicht behandelt.
Titel in ÜbersetzungApplication of Si3N4-ceramic as material for rolling tools for hot rolling of wire
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Buchmayr, Bruno, Beurteiler B (intern)
  • Danzer, Robert, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2007

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Walzen
  • Siliziumnitrid
  • Kontaktspannungen
  • Thermische Spannungen
  • Bruch

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