Abstract
Die stetig steigenden Forderungen der Zerspanungsindustrie nach einer höheren Werkzeuglebensdauer bei gleichzeitig steigender Schneidgeschwindigkeit erfordert eine kontinuierliche Verbesserung bzw. Weiterentwicklung der verwendeten Werkstoffe, z.B. der Werkzeugstähle. Um den Belastungen während eines Zerspanungsprozesses standzuhalten, werden Werkzeugstähle mit einer Hartstoffschicht, die über physikalischer Gasabscheidung (physical vapour deposition) abgeschieden wird, beschichtet. Um eine hohe Werkzeuglebensdauer gewährleisten zu können, ist eine starke Haftung zwischen Schicht und Stahlsubstrat von großer Bedeutung. Eine Schädigung der Schicht kann zu einem Versagen des gesamten Werkzeuges führen. Aus diesem Grund ist die Kenntnis der Schädigungsmechanismus von Schicht-Substrat Systemen von essenzieller Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist es, die Schädigungsmechanismen an der Grenzfläche TiN beschichteter Schnellarbeitsstähle (high speed steels, HSS) bei realitätsnahen Schub-Druckbelastungen zu untersuchen. Dabei wurde die Schädigung im geschmierten und ungeschmierten Zustand sowie nach einer Variation der HSS Chemie mit Hilfe von mit einem fokussierten Ionenstrahl präparierten Querschnitten im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Dabei konnte ein Einfluss der MC und M6C Primärkarbide auf die Schädigung infolge zyklischer plastischer Verformung der martensitischen Matrix und in weiterer Folge auf die Schichthaftung beobachtet werden. Anhand mikromechanischer Versuche an einer eigens entwickelten Probengeometrie konnte eine Reihenfolge der Grenzflächenfestigkeiten zwischen der TiN Schicht und den MC und M6C Primärkarbiden sowie der martensitischen Matrix aufgestellt werden. Mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie sowie ab-initio Simulationen konnte in weiterer Folge diese Grenzflächenfestigkeitsreihenfolge bestätigt werden. Anhand der erhaltenen Ergebnisse kann geschlossen werden, dass Werkzeugschädigung eines TiN beschichteten HSS nicht infolge unzureichender Schichthaftung auftritt, da die Grenzfächenfestigkeiten der Mikrostrukturbestandteile ausreichend hoch sind, sondern einerseits aufgrund plastischer Verformung der Matrix oder andererseits infolge Ermüdungsschädigung.
Titel in Übersetzung | Grenzflächenschädigung von TiN-beschichteten Schnellarbeitsstählen unter einem realistischen Spektrum von Scher- und Normalbelastungen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2021 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis 27-12-2026Schlagwörter
- TiN Beschichtung
- mikromechanischer Test
- Schrägschlagtest
- zyklische plastische Verformung
- FEM Analysen
- DFT Analysen