Keramische Werkzeugwerkstoffe für das Isothermschmieden von Titanlegierungen

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Dank einer Kombination aus geringer Dichte und hoher spezifischer Festigkeit ist der Werkstoff Titan den meisten Konstruktionswerkstoffen hinsichtlich der spezifischen Anforderungen des Leichtbaus überlegen. Bisher wird der Einsatz von Titan vor allem durch die hohen Materialkosten sowie durch die schlechte Umformbarkeit beeinträchtigt. Beim Schmieden von Titan können komplexe Geometrien nur durch eine Angleichung von Werkstück- und Werkzeugtemperatur (Isothermschmieden) hergestellt werden. Als Werkzeugwerkstoffe für das Isothermschmieden werden derzeit metallische Werkstoffe auf Basis von Molybdän- oder Nickellegierungen verwendet. Auf Grund hoher mechanischer und thermischer Belastungen weisen diese Hochleistungswerkstoffe jedoch extrem niedrige Standzeiten auf. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Erhöhung von Werkzeugstandzeiten beim Isothermschmieden von Titanlegierungen durch den Einsatz von technischen Keramikwerkstoffen in formgebenden Werkzeugkomponenten. Hierzu soll die Eignung keramischer Hochleistungswerkstoffe wie Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumaluminiumoxidnitrid (SiAlON) und Zirkoniumdioxid (ZrO2) untersucht werden. Durch die hohe Druck- und Verschleißfestigkeit keramischer Werkstoffe bei erhöhten Temperaturen sollen Bauteile aus Titanlegierungen mit filigraner Geometrie bei großen Stückzahlen isotherm geschmiedet werden können. Die erarbeiteten Ergebnisse sollen zu einer Reduzierung der Stückkosten beitragen, wodurch sich der Einsatzbereich für geschmiedete Bauteile aus Titanlegierungen erweitert.