Plasmanitrieren von Warmarbeitsstählen für die Massivumformung∗ Translated title: Plasma nitriding of tool steels for hot massive forming

Kurzfassung

Um den hohen Beanspruchungen bei der Warmmassivumformung zu begegnen, werden die Oberflächen und Randbereiche der eingesetzten Werkzeuge nitriert. Neben dem Gasnitrieren werden die Werkzeuge alternativ durch Salzbadnitrocarburieren behandelt. Das Plasmanitrieren wird nur zum geringeren Teil angewendet. Dabei bietet die Behandlung im Plasma einige verfahrensspezifische Vorteile gegenüber dem Gasnitrieren, die auch für die Behandlung von Schmiedegesenken interessant sind. Beispielsweise lassen sich partielle Behandlungen im Plasma einfacher und sauberer durchführen und höher legierte Stähle können problemlos im Plasma nitriert werden, da immer wieder auftretende passivierende Oxidschichten durch ein Reinigungssputtern vor dem Nitrieren entfernt werden. Die Untersuchungen beschäftigen sich mit der Nitrierung der in der Warmmassivumformung häufig eingesetzten Stähle X38CrMoV5-3 und X40CrMoV5-1. Für die Nitrierbehandlung standen eine geregelte Gasnitrieranlage sowie zwei Plasmanitrieranlagen zur Verfügung, sodass nicht nur ein Vergleich der Nitriermedien Gas und Plasma, sondern auch der Plasmanitrierung in unterschiedlichen Anlagen gezogen werden konnte. Eine der Anlagen verfügt außerdem über ein aktives Gitter, daher konnte neben dem konventionellen Plasmanitrieren auch die ASPN-Technik (Active Screen Plasma Nitriding) angewendet werden. Es werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Behandlungsmethoden im Hinblick auf die Nitrierung von Schmiedegesenken diskutiert.

Abstract

In order to resist the high loads in hot massive forming, the surfaces and boundary areas of the used tools are nitrided. Alternatively to gaseous nitriding the tools are also treated by salt bath nitrocarburizing. Plasma nitriding is only rarely used. But the plasma treatment has some advantages over gaseous nitriding. For example partial treatments can be carried out easier and cleaner and steels with higher alloy-contents can be easily nitrided because the protecting oxide layer on the surface, which occurs at times, can be removed by a sputtering step before nitriding. The investigations concern the nitriding treatment of the steels X38CrMoV5-3 and X40CrMoV5-1, which are often used in hot massive forming. The nitriding experiments could be carried out in a gas nitriding furnace and two different plasma nitriding furnaces, therefore a comparison of the nitriding media gas and plasma was possible as well as a comparison of the treatment in different plasma nitriding furnaces. One of the furnaces was also provided with an active screen, therefore it was possible to do ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) in addition to conventional plasma nitriding. The advantages and disadvantages of the different treatment technologies are discussed with respect of their suitability for forging tools.