Prakt. Met. Sonderband 38 (2006) 445 
TRIBOLOGISCHES VERHALTEN VON SI;N4s-GESENKEN BEIM 
THIXOFORMING VON STAHL 
R. Telle?, S. Miinstermann”, M. Lobert” und Chr. Beyer 
agnetron 
equently "Lehrstuhl für Keramik und Feuerfeste Werkstoffe, 
ffraction, Institut für Gesteinshüttenkunde, RWTH Aachen, Deutschland 
sisted of "vormals DaimlerChrysler AG, Ulm, jetzt Hirschvogel Umformtechnik GmbH, 
 ball-on- Denklingen, Deutschland 
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ZUSAMMENFASSUNG 
SisN4-Gesenke sind erfolgreich als Werkzeuge zur Herstellung von Stahlteilen nach dem 
Prinzip des Thixoschmiedens entwickelt worden. In Kleinserienversuchen hat sich jedoch 
istration herausgestellt, dass die Oberflächen einem geringen tribochemischen Verschleiß unter- 
udies of worfen sind, der möglicherweise in der Anwendungspraxis nach langen Standzeiten die 
Science Oberflächenqualität der Bauteile herabsetzt. Die Oberflächen und Randzonen solcher Ge- 
senke sind mittels REM und EDX genauer untersucht worden. Es zeigte sich, dass die 
Einsatztemperaturen von über 1370°C zu einer Erweichung der Glasphasenmatrix der 
Keramik geführt haben. Verbunden mit den hohen Scherkräften führt dies zu einem Her- 
ausquetschen der Glasphase, während Si3N4 mit den Legierungselementen des Stahles 
zu Siliciden reagiert. An den Grenzflächen Keramik/Glas/Oxidhaut/Stahl spielen sich kom- 
plexe Reaktionen ab, die zu einer langsamen Delamination der Randzone des Gesenkes 
> 476, 1 führen. Dies kann — abgesehen vom langsamen Materialverlust — jedoch auch die positi- 
ven Eigenschaften einer Schmierwirkung und einer eventuellen Rissausheilung seitens 
der Keramik mit sich bringen. 
1. EINLEITUNG 
)3). 
enheim, Die Formgebung von Metallen im teilerstarrten Zustand ist eine junge Technologie zur 
Herstellung komplexer Bauteile oder zur Verarbeitung von Werkstoffen, die mit konventio- 
498-3909, nellen Verfahren kaum oder nicht beherrschbar sind bzw. die durch die neue Herstel- 
lungsmethode verbesserte Eigenschaften erhalten [1]. Während die Formgebung beim 
f. Coat. konventionellen Gießen im flüssigen und beim Schmieden im festen Zustand erfolgt, findet 
hier die Formgebung innerhalb des Solidus-Liquidus-Intervalls statt, also bei einer Tempe- 
ratur, bei der ein geringer Volumenanteil der Phasen flüssig und der Hauptanteil jedoch 
fest ist. Eine spezielle, vorgeschaltete Behandlung des Einsatzmaterials führt zu einem 
Gefüge, bei dem somit globulithisch eingeformte, feste Bestandteile in einer schmelzflüs- 
004) sigen Matrix vorliegen. Wird dieses Fest-Flüssig-Gemisch einer äußeren erzwungenen 
; Scherbelastung unterworfen, so tritt eine Erhöhung des FlieRßvermögens, also eine Verrin- 
gerung der Viskosität ein. Im Ruhezustand agglomerieren die festen Bestandteile zu grö- 
Reren Clustern; erst durch eine äußere Scherbelastung kommt es zu einer vollständigen 
Trennung der festen Bestandteile durch die Schmelze. In Phasen der Ruhe bildet sich der 
Ausgangszustand wieder zurück, die Viskosität des Materials nimmt wieder ihren höheren, 
ursprünglichen Wert an. Dieser reversible Vorgang der Strukturumwandlung während der