Seit Erfindung des Automobils durch Carl Benz im Jahre 1886 wird diese Innovation kontinuierlich weiterentwickelt. Eine der größten Veränderungen betrifft die Motorentechnik und Nachhaltigkeit der Kraftfahrzeuge, wodurch alternative Antriebe und Treibstoffe immer mehr eingesetzt werden. Im Jahr 2017 wurden in Deutsch-land insgesamt 3 441 118 PKWs neu zugelassen, wobei der Benzinmotor mit 57,7 % und der Dieselmotor mit 38,8 % die am häufigsten verwendeten Antriebsarten bei Neuzulassungen von PKWs in Deutschland sind. Weitere Motorenarten wie gasbetriebene Aggregate mit 0,1 % und Elektro- / Hybridmotoren mit zusammengefasst 3,2 % fallen durch deren geringe Anzahl nicht ins Gewicht.
Aus diesem Grund hat das Deutsche Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit beschlossen bis 2030 40 bis 42 % (bis 2040 sogar 70%) der Verkehrsemission gegenüber den Emissionswerten aus dem Jahr 1990 einzusparen. Um dieses Ziel zu erreichen gibt es nun verschiedene Ansätze, zum einen kann der Anteil der alternativen Antriebsarten weiter ausgebaut werden, was langfristig ebenfalls zu einer Einsparung von CO2 führt oder aber die Nutzung der bisher verwendeten Verbrennungsmotoren wird reduziert. Neben der verwendeten Antriebstechnik ist auch das Fahrzeuggewicht ein entscheidender Faktor zur Reduktion der entstehenden CO2-Werte.
Diese Gewichteinsparungen können durch Verwendung von Leichtbau umgesetzt werden, wobei sich dieser in verschiedene Arten unterteilen lässt. Nach Ellenrieder unterscheidet man dabei in Form-, Bedingungs-, Konzept-, Fertigungs- und Stoffleichtbau. Beim Leichtbau können vorhanden Werkstoffe substituiert werden, oder aber es werden konstruktive Veränderungen eines vorhandenen Bauteils durchgeführt und behält den Werkstoff bei.
Dieser Ansatz des Leichtbaus spiegelt sich ebenfalls in den von der Industrie verwendeten Herstellungsverfahren wider. Das Verfahren des Presshärtens ist in der Automobilindustrie heute ein etablierter Fertigungsprozess und nimmt dort eine entscheidende Schlüsselrolle ein, wenn es darum geht sowohl leichte als auch hochbelastbare Strukturbauteile herzustellen. Durch den Einsatz von Presshärten ist es möglich hochfeste Strukturbauteile aus dünnen- und leichteren Stahlblechen zu fertigen, ohne dabei Einbußen in der Dauerfestigkeit oder der Sicherheit zu verzeichnen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Stand der Technik
- 2.1 Presshärten
- 2.1.1 Verfahrensvarianten des Presshärteprozesses
- 2.1.2 Werkzeuge und Halbzeuge
- 2.1.3 Umwandlungshärtung
- 2.2 Tribologie
- 2.2.1 Tribologisches System
- 2.2.2 Reibung
- 2.2.3 Verschleiß
- 2.3 Oberflächen- und Rauheitsmessung
- 2.4 Werkzeugoberflächenmodifizierung
- 2.4.1 Beschichtung durch Gasabscheidung
- 2.4.2 Laserimplantationsverfahren
- 2.1 Presshärten
- 3 Aufgabenstellung
- 4 Eingesetzte Anlagen, Werkstoffe, Beschichtungssysteme und Hartstoffe
- 4.1 Werkzeugwerkstoff
- 4.2 Blechhalbzeug
- 4.3 Eingesetzte Hartstoffe
- 4.3.1 Niobdiborid (NbB2)
- 4.3.2 Niobcarbid (NbC)
- 4.3.3 Titandiborid (TiB2)
- 4.3.4 Titancarbid (TiC)
- 4.3.5 Titannitrid (TiN)
- 4.4 Eingesetzte Werkzeugmodifikationen
- 4.4.1 PVD-Beschichtung
- 4.4.2 Laserimplantation
- 4.5 Versuchsanlagen und Analysegeräte
- 4.5.1 Tribotester
- 4.5.2 Keyence Laserscanning Mikroskop
- 4.5.3 Perthometer
- 4.5.4 Mikroerodiermaschine
- 4.5.5 Metallographische Probenpräparation
- 5 Versuchsdurchführung
- 5.1 Tribotester
- 5.2 Ermittlung der Oberflächeneigenschaften
- 5.2.1 Reibzahlauswertung
- 5.2.2 Verschleißmessungen
- 5.2.3 Verschleißspurmessung – taktil
- 5.2.4 Verschleißspurmessung – optisch
- 5.2.5 Querschliffbilder
- 6 Auswertung
- 6.1 Implantathöhen
- 6.2 Querschliffbilder
- 6.3 Verschleißspurmessung - Perthometer
- 6.4 Verschleißspurmessung - LSM
- 6.5 Verschleißmessung
- 6.6 Reibzahlen
- 7 Diskussion und Gegenüberstellung der Ergebnisse
- 7.1 Interpretation der Ergebnisse
- 7.1.1 Implantathöhe
- 7.1.2 Querschliffbilder
- 7.1.3 Verschleißspurmesswerte - Oberflächenkennwerte
- 7.1.4 Verschleißmessung
- 7.1.5 Reibzahlen
- 7.2 Gegenüberstellung der Oberflächenmodifikationen
- 7.1 Interpretation der Ergebnisse
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Masterarbeit untersucht das tribologische Verhalten von laserimplantierten Werkzeugoberflächen im Presshärteprozess. Ziel ist es, die Eignung dieser Oberflächenmodifizierung für eine verbesserte Verschleißfestigkeit und Reibungsreduktion zu evaluieren.
- Tribologisches Verhalten laserimplantierter Oberflächen
- Einfluss verschiedener Hartstoffe auf den Verschleiß
- Bewertung der Oberflächenrauheit und deren Einfluss auf die Tribologie
- Vergleich verschiedener Oberflächenmodifizierungsverfahren
- Optimierung des Presshärteprozesses durch Oberflächenmodifikation
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik der Masterarbeit ein und beschreibt die Bedeutung des Presshärteprozesses und der Werkzeugoberflächenmodifikation. Es werden die Forschungsfrage und die Zielsetzung der Arbeit formuliert, die die Verbesserung der Werkzeugeigenschaften durch Laserimplantation und die Untersuchung des Einflusses auf den Verschleiß im Presshärten betreffen.
2 Stand der Technik: Dieses Kapitel liefert einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand der Technik im Bereich des Presshärtens, der Tribologie und der Werkzeugoberflächenmodifikation. Es werden verschiedene Verfahrensvarianten des Presshärtens, die relevanten Werkzeuge und Halbzeuge sowie die Umwandlungshärtung detailliert beschrieben. Der tribologische Aspekt wird durch die Erläuterung des tribologischen Systems, der Reibung und des Verschleißes beleuchtet. Verschiedene Verfahren der Werkzeugoberflächenmodifikation, wie Beschichtungen und die Laserimplantation, werden vorgestellt und verglichen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Zusammenhang zwischen Oberflächenbeschaffenheit und tribologischem Verhalten.
3 Aufgabenstellung: In diesem kurzen Kapitel wird die konkrete Aufgabenstellung der Arbeit prägnant zusammengefasst. Es geht um die experimentelle Untersuchung des tribologischen Verhaltens laserimplantierter Werkzeugoberflächen im Presshärteprozess und den Vergleich mit anderen Oberflächenmodifikationen.
4 Eingesetzte Anlagen, Werkstoffe, Beschichtungssysteme und Hartstoffe: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die im Rahmen der Arbeit verwendeten Anlagen, Werkstoffe und Beschichtungssysteme. Es werden die Eigenschaften des Werkzeugwerkstoffs, des Blechhalbzeugs und der verschiedenen eingesetzten Hartstoffe (Niobdiborid, Niobcarbid, Titandiborid, Titancarbid, Titannitrid) aufgeführt. Die verschiedenen Methoden der Oberflächenmodifikation, einschließlich PVD-Beschichtung und Laserimplantation, werden erklärt, und es wird die eingesetzte Versuchsanlage detailliert dargestellt.
5 Versuchsdurchführung: Dieses Kapitel beschreibt die Durchführung der Experimente. Es werden die verwendeten Tribometer und Messmethoden zur Bestimmung der Oberflächeneigenschaften (Rauheit, Verschleiß) erklärt. Der Ablauf der Versuche und die angewandten Messverfahren werden detailliert dargestellt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
Schlüsselwörter
Presshärten, Tribologie, Laserimplantation, Werkzeugoberflächenmodifikation, Verschleiß, Reibung, Hartstoffe (NbB2, NbC, TiB2, TiC, TiN), Oberflächenrauheit, Oberflächeneigenschaften, PVD-Beschichtung.
Häufig gestellte Fragen zur Masterarbeit: Tribologisches Verhalten laserimplantierter Werkzeugoberflächen im Presshärteprozess
Was ist das Thema der Masterarbeit?
Die Masterarbeit untersucht das tribologische Verhalten von laserimplantierten Werkzeugoberflächen im Presshärteprozess. Das Hauptziel ist die Evaluierung der Eignung dieser Oberflächenmodifizierung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Reibungsreduktion von Werkzeugen.
Welche Themen werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Aspekte des Presshärtens, der Tribologie und der Werkzeugoberflächenmodifikation. Konkret werden untersucht: das tribologische Verhalten laserimplantierter Oberflächen, der Einfluss verschiedener Hartstoffe auf den Verschleiß, die Bewertung der Oberflächenrauheit und deren Einfluss auf die Tribologie, der Vergleich verschiedener Oberflächenmodifizierungsverfahren und die Optimierung des Presshärteprozesses durch Oberflächenmodifikation.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in sieben Kapitel: Einleitung, Stand der Technik, Aufgabenstellung, Eingesetzte Anlagen, Werkstoffe, Beschichtungssysteme und Hartstoffe, Versuchsdurchführung, Auswertung und Diskussion und Gegenüberstellung der Ergebnisse. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt des Forschungsthemas, beginnend mit einer Einführung in das Thema und dem Stand der Forschung bis hin zur detaillierten Darstellung der Experimente, der Auswertung und der Interpretation der Ergebnisse.
Welche Methoden wurden angewendet?
Die Arbeit verwendet experimentelle Methoden. Es wurden Tribometer eingesetzt, um das tribologische Verhalten zu untersuchen. Die Oberflächeneigenschaften wurden mithilfe verschiedener Messverfahren, wie Laserscanning-Mikroskopie und Perthometrie, bestimmt. Die Analyse der Ergebnisse erfolgte durch Auswertung der Reibzahlen, Verschleißmessungen und die Betrachtung von Querschliffbildern.
Welche Materialien und Werkstoffe wurden verwendet?
Es wurden verschiedene Hartstoffe wie Niobdiborid (NbB2), Niobcarbid (NbC), Titandiborid (TiB2), Titancarbid (TiC) und Titannitrid (TiN) eingesetzt. Die Oberflächenmodifikation erfolgte mittels PVD-Beschichtung und Laserimplantation. Weitere Details zu den verwendeten Werkstoffen und Anlagen sind im Kapitel 4 beschrieben.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Die Ergebnisse der Arbeit werden in Kapitel 6 und 7 dargestellt und diskutiert. Die Auswertung umfasst die Analyse der Implantathöhen, Querschliffbilder, Verschleißspurmessungen (taktil und optisch), Verschleißmessungen und Reibzahlen. Die Ergebnisse werden in Bezug auf die verschiedenen Oberflächenmodifikationen verglichen und interpretiert.
Was ist die Schlussfolgerung der Arbeit?
Die Schlussfolgerung der Arbeit wird in Kapitel 7 gezogen. Hier werden die Ergebnisse zusammengefasst, interpretiert und im Kontext des Standes der Technik diskutiert. Es wird bewertet, inwiefern die Laserimplantation die Verschleißfestigkeit und Reibung im Presshärteprozess verbessert.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter, die die Arbeit beschreiben, sind: Presshärten, Tribologie, Laserimplantation, Werkzeugoberflächenmodifikation, Verschleiß, Reibung, Hartstoffe (NbB2, NbC, TiB2, TiC, TiN), Oberflächenrauheit, Oberflächeneigenschaften, PVD-Beschichtung.
- Quote paper
- Florian Tost (Author), 2020, Das tribologische Einsatzverhalten von laserimplantierten Werkzeugoberflächen für den Presshärteprozess, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/541378
