DE102010025950A1 - Improving wear resistance of a forming tool, preferably a heat forming tool useful for manufacturing press-hardened components, comprising providing forming tool with a protective layer made of a powdered coating material by welding - Google Patents

Improving wear resistance of a forming tool, preferably a heat forming tool useful for manufacturing press-hardened components, comprising providing forming tool with a protective layer made of a powdered coating material by welding Download PDF

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Abstract

Improving wear resistance of a forming tool (1.1), preferably a heat forming tool, comprises providing the forming tool with a protective layer (13) made of a powdered coating material by welding. At least one of at least two iron-containing components of composite powder mixture is applied on the forming tool and is melted by a welding beam, preferably laser welding beam. The application amount of at least one powdery mixture is adjusted in such a manner that the thickness of the final protective layer is 1-6 mm, preferably 2-4 mm. Improving wear resistance of a forming tool (1.1), preferably a heat forming tool, comprises providing the forming tool with a protective layer (13) made of a powdered coating material by welding. At least one of at least two iron-containing components of composite powder mixture is applied on the forming tool and is melted by a welding beam, preferably laser welding beam, where a first of at least two iron-containing components has (in wt%): carbon (0.2-0.8), chromium (2.0-9.0), molybdenum (1.0-5.0), tungsten (0.5-5.0), vanadium (0.2-2.0) and iron (balance) and unavoidable impurities. The second of at least two iron-containing components has (in wt.%): carbon (0.005-0.2), chromium (10.0-20.0), molybdenum (0.5-3.5), nickel (5.0-15.0), silicon (0.5-3.5) and iron (balance) and unavoidable impurities. The application amount of at least one powdery mixture is adjusted in such a manner that the thickness of the final protective layer is 1-6 mm, preferably 2-4 mm. An independent claim is also included for the heat forming tool comprising the protective layer which increase the wear resistance of the heat forming tool, where the protective layer has (in wt.%): carbon (0.1-0.6), chromium (7.5-8.0), nickel (1.5-10.5), molybdenum (0.4-3.0), tungsten (0.2-2.5), silicon (0.2-2.5), vanadium (0.1-1.4), iron (balance) and unavoidable impurities, where the protective layer exhibits a thickness of 1-6 mm, preferably 2-4 mm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit eines Umformwerkzeuges, insbesondere Warmumformwerkzeuges, bei dem das Umformwerkzeug durch Auftragsschweißen mit einer aus einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial hergestellten Schutzschicht versehen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Warmumformwerkzeug mit einer dessen Verschleißfestigkeit erhöhenden, durch Auftragsschweißen erzeugten Schutzschicht.The invention relates to a method for improving the wear resistance of a forming tool, in particular hot forming tool, in which the forming tool is provided by build-up welding with a protective layer made of a powdery coating material. Furthermore, the invention relates to a hot forming tool with a wear resistance increasing its, generated by build-up welding protective layer.

Es ist bekannt, metallische Bauteile sowie Werkzeuge, die einer hohen abrasiven Beanspruchung ausgesetzt sind, mit einer verschleißfesten Schutzschicht zu beschichten. Ein bekanntes Verfahren ist diesbezüglich das Laserauftragsschweißen unter Verwendung eines eisenhaltigen Beschichtungswerkstoffes. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DD 273 458 A1 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass auf ein metallisches Substrat, beispielsweise ein Industriemesser ein martensitbildender Beschichtungswerkstoff mit einer Hochenergiequelle, insbesondere einem Laser unter der Bedingung aufgeschmolzen wird, dass die Temperatur des Substrats stets kleiner als die Martensitumwandlungstemperatur des Beschichtungswerkstoffes ist. Als Beschichtungswerkstoff wird dabei eine Fe-C-Legierung mit 0,2% bis 1,5% C, bis 1,5% Si, bis 1,0% Mn, bis 20% Cr, bis 20% Mo, bis 10% V, bis 10% Co und bis 2,5% B Masseanteilen verwendet.It is known to coat metallic components and tools that are exposed to high abrasive stress with a wear-resistant protective layer. One known method in this regard is laser deposition welding using an iron-containing coating material. Such a method is for example from the DD 273 458 A1 known. The method described there is essentially characterized in that a martensite-forming coating material is melted onto a metallic substrate, for example an industrial knife with a high energy source, in particular a laser under the condition that the temperature of the substrate is always lower than the martensite transformation temperature of the coating material. The coating material is an Fe-C alloy with 0.2% to 1.5% C, up to 1.5% Si, up to 1.0% Mn, up to 20% Cr, up to 20% Mo, up to 10% V to 10% Co and to 2.5% B by mass.

Warmumformwerkzeuge zur Herstellung pressgehärteter Bauteile, wie zum Beispiel Stoßfänger, Karosserie-Dachrahmen oder B-Säulen aus beschichteten Blechen, sind einer hohen abrasiven Beanspruchung unterworfen. Das jeweilige Werkzeugkonzept ist entscheidend, um leistungsfähige Umformwerkzeuge für die Warmumformung einzusetzen. Das Erreichen hoher Kühlleistungen in den Umformwerkzeugen wird besonders durch die Bauweise dieser Werkzeuge, insbesondere durch die Lage und die Querschnitte der Kühlkanäle in dem jeweiligen Werkzeug beeinflusst. Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit des zur Herstellung des Umformwerkzeuges verwendeten Werkstoffes. Des Weiteren ist für eine hohe Leistungsfähigkeit eines Warmumformwerkzeuges die vollständige Formschlüssigkeit der am Umformvorgang beteiligten Werkzeugformen wichtig. Denn das Erreichen einer möglichst hohen Flächenpressung verbessert die Wärmeableitung. Der Aufrechterhaltung einer vollständigen Formschlüssigkeit der am Umformvorgang beteiligen Werkzeugformen wirkt jedoch der Verschleiß des Umformwerkzeuges entgegen.Hot forming tools for the production of press-hardened components, such as bumpers, body roof frames or B-pillars made of coated sheets, are subjected to high abrasive stress. The respective tool concept is crucial in order to use efficient forming tools for hot forming. The achievement of high cooling capacities in the forming tools is particularly influenced by the design of these tools, in particular by the position and the cross sections of the cooling channels in the respective tool. Another important influencing factor is a high thermal conductivity of the material used for the production of the forming tool. Furthermore, for a high performance of a hot forming tool, the complete positive engagement of the molds involved in the forming process is important. Because achieving the highest possible surface pressure improves heat dissipation. The maintenance of a complete positive engagement of the molds involved in the forming process, however, counteracts the wear of the forming tool.

Es besteht das Problem, eine hohe Wärmeleitfähigkeit einerseits sowie eine hohe Verschleißfestigkeit der Warmumformwerkzeuge andererseits gegen eine sehr abrasive Beanspruchung durch die Beschichtungen der warmumzuformenden Bleche zu erreichen. Eine hohe Verschleißfestigkeit lässt sich nur mit einer entsprechenden Härte und Warmfestigkeit des Werkzeugwerkstoffes realisieren. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit steht allerdings nicht im Einklang mit einer hohen Verschleißfestigkeit, da die Wärmeleitfähigkeit eines Werkzeugstahles mit steigender Härte des Werkstoffes abnimmt, bzw. die Wärmeleitfähigkeit eines Werkzeugstahles insbesondere durch dessen Härten reduziert wird.There is the problem of achieving a high thermal conductivity on the one hand and a high wear resistance of the hot forming tools on the other hand against a very abrasive stress by the coatings of hot-forming sheets. High wear resistance can only be achieved with a corresponding hardness and heat resistance of the tool material. However, a high thermal conductivity is not consistent with a high wear resistance, since the thermal conductivity of a tool steel decreases with increasing hardness of the material, or the thermal conductivity of a tool steel is reduced in particular by its hardness.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmumformwerkzeug mit hoher Wärmeleitfähigkeit und verbesserter Verschleißfestigkeit bereitzustellen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.The present invention has for its object to provide a hot forming tool with high thermal conductivity and improved wear resistance and to provide a method for its production.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Warmumformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7.This object is achieved by a method having the features of claim 1 or by a hot forming tool having the features of claim 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aus mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten (Legierungen) zusammengesetzte pulverförmige Mischung auf das Umformwerkzeug aufgetragen und mittels eines Schweißstrahls, vorzugsweise Laserschweißstrahls aufgeschmolzen wird, wobei eine erste der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,2–0,8 Gew.-%, Cr: 2,0–9,0 Gew.-%, Mo: 1,0–5,0 Gew.-%, W: 0,5–5,0 Gew.-%, V: 0,2–2,0 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die zweite der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,005–0,2 Gew.-%, Cr: 10,0–20,0 Gew.-%, Mo: 0,5–3,5 Gew.-%, Ni: 5,0–15,0 Gew.-%, Si: 0,5–3,5 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, und wobei die Auftragsmenge der mindestens einen pulverförmigen Mischung so eingestellt wird, dass die Dicke der fertigen Schutzschicht im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegt.The method according to the invention is essentially characterized in that at least one pulverulent mixture composed of at least two iron-containing components (alloys) is applied to the forming tool and melted by means of a welding beam, preferably a laser welding beam, wherein a first of the at least two iron-containing components has the following composition: C: 0.2-0.8% by weight, Cr: 2.0-9.0% by weight, Not a word: 1.0-5.0 wt%, W: 0.5-5.0% by weight, V: 0.2-2.0% by weight, The remainder being iron and unavoidable impurities, the second of the at least two iron-containing components having the following composition: C: 0.005-0.2% by weight, Cr: 10.0-20.0% by weight, Not a word: 0.5-3.5% by weight, Ni: 5.0-15.0% by weight, Si: 0.5-3.5% by weight, Residual iron and unavoidable impurities, and wherein the application amount of the at least one powdery mixture is adjusted so that the thickness of the finished protective layer in the range of 1 mm to 6 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.

Durch den speziellen Schichtaufbau ist das erfindungsgemäße Warmumformwerkzeug hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit optimiert. Die obere harte Schicht wird durch ein Pulverauftragsschweißverfahren, vorzugsweise ein Laserpulverauftragsschweißverfahren mit dem Werkzeuggrundwerkstoff verbunden. Auf diese Weise wird eine relativ dünne, gleichmäßige Schutzschicht erzielt. Dadurch besitzt nur die relativ dünne Schutzschicht des Umformwerkzeuges aufgrund ihrer Härte eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit, während die Basis des Umformwerkzeuges, d. h. der Grundwerkstoff des Umformwerkzeuges abzüglich der Schutzschicht weiterhin auf hohem Wärmeleitniveau gehalten wird, da der Grundwerkstoff nicht bzw. nicht nennenswert gehärtet und damit in seiner Wärmeleitfähigkeit nicht reduziert wird.Due to the special layer structure, the hot forming tool according to the invention is optimized in terms of thermal conductivity and wear resistance. The upper hard layer is bonded to the tool base material by a powder build-up welding process, preferably a laser powder build-up welding process. In this way, a relatively thin, uniform protective layer is achieved. As a result, only the relatively thin protective layer of the forming tool has a comparatively poor thermal conductivity due to its hardness, while the base of the forming tool, i. H. the base material of the forming tool minus the protective layer is still kept at a high level of heat conduction, since the base material is not or not appreciably hardened and thus not reduced in its thermal conductivity.

Die Härte und die Zähigkeit der Schutzschicht des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges sind durch den aufgeschweißten Zusatzwerkstoff (Pulvergemisch) einstellbar. Das verwendete Pulvergemisch besteht aus mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten, die bestimmte ausgewählte Legierungselemente enthalten.The hardness and the toughness of the protective layer of the hot forming tool according to the invention can be adjusted by the welded-on filler material (powder mixture). The powder mixture used consists of at least two iron-containing components containing certain selected alloying elements.

Der C-Gehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches liegt im Bereich von 0,2–0,8 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,3–0,7 Gew.-%. Kohlenstoff bildet mit einem oder mehreren der anderen Legierungselemente Carbid bzw. Carbide. Carbide sind gegen Säuren beständig und in der Regel härter als die reinen Metallkomponenten. Carbide zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Warmfestigkeit in Bezug auf Abrasion aus. Ist der Kohlenstoffgehalt zu gering, wirkt sich dies negativ auf den Verbund zwischen der Schutzschicht und dem Grundwerkstoff des Umformwerkzeuges aus. Der Kohlenstoffgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten soll daher 0,2 Gew.-% nicht unterschreiten. Andererseits nimmt die Zähigkeit der Schutzschicht mit einem zu hohen Kohlenstoffgehalt ab; daher soll der Kohlenstoffgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten nicht über 0,8 Gew.-% liegen.The C content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 0.2-0.8% by weight, preferably in the range of 0.3-0.7% by weight. Carbon forms carbide or carbides with one or more of the other alloying elements. Carbides are resistant to acids and usually harder than the pure metal components. Carbides are characterized in particular by a high heat resistance with respect to abrasion. If the carbon content is too low, this has a negative effect on the bond between the protective layer and the base material of the forming tool. The carbon content of the first of the at least two iron-containing components should therefore not fall below 0.2% by weight. On the other hand, the toughness of the protective layer decreases with too high a carbon content; Therefore, the carbon content of the first of the at least two iron-containing components should not exceed 0.8 wt .-%.

Der Chromgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches beträgt 2,0–9,0 Gew.-%, vorzugsweise 3,0–6,0 Gew.-% Chrom bildet in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Erhöhung des Erweichungswiderstandes begleitet von hoher Härte bei hoher Prozesstemperatur. Insbesondere verbessert Chrom die Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Um diese Eigenschaften sicherzustellen, soll der Chromgehalt 2,0 Gew.-% nicht unterschreiten. Wenn der Chromgehalt jedoch zu hoch ist, wirkt sich dies negativ auf die Zähigkeit, die maschinelle Bearbeitbarkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht aus. Daher soll der Chromgehalt der ersten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 9,0 Gew.-% betragen.The chromium content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is 2.0-9.0% by weight, preferably 3.0-6.0% by weight. Chromium forms carbide in conjunction with the carbon present and causes an increase in the Softening resistance accompanied by high hardness at high process temperature. In particular, chromium improves the hot strength and corrosion resistance. To ensure these properties, the chromium content should not be less than 2.0% by weight. However, if the chromium content is too high, it will adversely affect the toughness, machinability and crack resistance of the protective layer. Therefore, the chromium content of the first iron-containing component should not be more than 9.0 wt .-%.

Molybdän bildet in Verbindung mit Kohlenstoff Carbid und verbessert die Hochtemperaturfestigkeit der Schutzschicht, wobei die Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Erweichungsfestigkeit verbessert wird. Andererseits kann Molybdän beim Auftragsschweißen leicht Risse bewirken, wenn sein Gehalt im Pulvergemisch zu hoch ist. Daher liegt der Molybdängehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches im Bereich von 1,0–5,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 2,0–4,0 Gew.-%.Molybdenum forms carbide in combination with carbon and improves the high-temperature strength of the protective layer, thereby improving the wear resistance, toughness and softening resistance. On the other hand, molybdenum can easily cause cracks in build-up welding if its content in the powder mixture is too high. Therefore, the molybdenum content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 1.0-5.0 wt%, preferably in the range of 2.0-4.0 wt%.

Wolfram bildet in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Verstärkung der festen Lösung des Grundwerkstoffs sowie eine Anhebung der Warmhärte. Hinsichtlich einer ausreichenden Hochtemperaturverschleißfestigkeit wird der Wolframgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches auf einen Wert von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1,0 Gew.-% eingestellt. Da sich jedoch das Fließvermögen beim Auftragsschweißen verschlechtert und auch die mechanische Bearbeitbarkeit der Schutzschicht erschwert wird, wenn der Wolframgehalt zu hoch ist, wird dieser auf ein Maximum von 5,0 Gew.-%, vorzugsweise auf ein Maximum von 3,5 Gew.-% begrenzt.Tungsten forms carbide in conjunction with the existing carbon and causes strengthening of the solid solution of the base material as well as an increase in the hot hardness. With regard to a sufficient high-temperature wear resistance, the tungsten content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is adjusted to a value of at least 0.5% by weight, preferably at least 1.0% by weight. However, since the flowability of build-up welding deteriorates and also the mechanical workability of the protective layer is made more difficult when the tungsten content is too high, it is increased to a maximum of 5.0% by weight, preferably to a maximum of 3.5% by weight. % limited.

Vanadium dient der Erzeugung stabiler hochfester Carbide, der Steuerung der Härte durch Ausscheidungshärtung beim Erwärmen auf hohe Temperatur sowie der Sicherstellung einer hohen Verschleißfestigkeit. Vanadium erhöht zudem die Zähigkeit der Schutzschicht. Um diese Wirkungen zu nutzen, beträgt der Vanadiumgehalt mindestens 0,2 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,5 Gew.-% in der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches. Andererseits wird die mechanische Bearbeitbarkeit der Schutzschicht erschwert und deren Zähigkeit vermindert, wenn der Vanadiumgehalt zu hoch ist. Daher soll der Vanadiumgehalt der ersten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 2,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1,5 Gew.-% betragen.Vanadium serves to produce stable high-strength carbides, to control hardness by precipitation hardening when heated to high temperature, and to ensure high wear resistance. Vanadium also increases the toughness of the protective layer. In order to utilize these effects, the vanadium content is at least 0.2% by weight, preferably at least 0.5% by weight in the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture. On the other hand, the mechanical workability of the protective layer is made more difficult and its toughness is lowered when the vanadium content is too high. Therefore, the vanadium content of the first iron-containing component should not be more than 2.0% by weight, preferably not more than 1.5% by weight.

Der Kohlenstoffgehalt der zweiten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches liegt im Bereich von 0,005–0,2 Gew.-%. Es wurde gefunden, dass die Schutzschicht eine hohe Warmfestigkeit in Bezug auf Abrasion aufweist, wenn der Kohlenstoffgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente niedriger eingestellt wird als bei der ersten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches. Zugleich konnte hierdurch die Zähigkeit der Schutzschicht verbessert werden. Vorzugsweise liegt der Kohlenstoffgehalt der zweiten Komponente des Pulvergemisches im Bereich von 0,01–0,05 Gew.-%.The carbon content of the second of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 0.005-0.2 wt .-%. It has been found that the protective layer has a high heat resistance to abrasion when the carbon content of the second iron-containing component is set lower than that of the first iron-containing component of the powder mixture. At the same time, the toughness of the Protective layer can be improved. Preferably, the carbon content of the second component of the powder mixture is in the range of 0.01-0.05 wt%.

Silizium erhöht die Oxidationsbeständigkeit der Schutzschicht bei hohen Temperaturen und verbessert das Fließvermögen sowie die Anhaftung beim Auftragsschweißen. Es wirkt insbesondere als Desoxydator beim Aufschmelzen des Pulvergemisches. Um diese Wirkungen zu erzielen, wird der Siliziumgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1,0 Gew.-% eingestellt. Andererseits kann Silizium die Zähigkeit sowie die Warmrissfestigkeit der Schutzschicht herabsetzen, wenn sein Gehalt in der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente bzw. im Pulvergemisch zu hoch ist. Daher wird der Siliziumgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf maximal 3,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 3,0 Gew.-% begrenzt.Silicon increases the oxidation resistance of the protective layer at high temperatures and improves the flowability and adhesion in build-up welding. It acts in particular as a deoxidizer during the melting of the powder mixture. In order to achieve these effects, the silicon content of the second iron-containing component of the powder mixture is adjusted to at least 0.5% by weight, preferably at least 1.0% by weight. On the other hand, silicon may reduce the toughness as well as the hot crack resistance of the protective layer if its content in the at least one second iron-containing component or in the powder mixture is too high. Therefore, the silicon content of the second iron-containing component of the powder mixture is limited to a maximum of 3.5 wt .-%, preferably to a maximum of 3.0 wt .-%.

Wie oben erwähnt, bildet Chrom in Verbindung mit vorhandenem Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Erhöhung des Erweichungswiderstandes begleitet von hoher Härte bei hoher Temperatur bzw. Erwärmen auf hohe Temperaturen. Zudem verbessert Chrom die Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Um diese Wirkungen zu erreichen, wird der Chromgehalt in der zweiten eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches auf mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-% eingestellt. Ist der Chromgehalt jedoch in der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches zu hoch, wirkt sich dies negativ auf die Zähigkeit, die maschinelle Bearbeitbarkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht aus. Daher soll der Chromgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 20,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 18,0 Gew.-% betragen.As mentioned above, chromium in combination with existing carbon forms carbide and causes an increase of the softening resistance accompanied by high hardness at high temperature. In addition, chromium improves the heat resistance and corrosion resistance. In order to achieve these effects, the chromium content in the second iron-containing components of the powder mixture is adjusted to at least 10% by weight, preferably at least 12% by weight. However, if the chromium content in the second iron-containing component of the powder mixture is too high, this has a negative effect on the toughness, the machinability and the crack resistance of the protective layer. Therefore, the chromium content of the second iron-containing component should not be more than 20.0% by weight, preferably not more than 18.0% by weight.

Wie oben bereits angemerkt, bildet Molybdän in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und verbessert die Hochtemperaturverschleißfestigkeit der Schutzschicht. Es wurde gefunden, dass es sich positiv auf die Härte, Zähigkeit und Stoßfestigkeit der Schutzschicht des Warmumformwerkzeuges auswirkt, wenn der Molybdängehalt der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente etwas niedriger eingestellt wird als bei der ersten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches. Um eine vorteilhafte Härte, Zähigkeit und Stoßfestigkeit zu erlangen, wird der Molybdängehalt der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente auf einen Wert im Bereich von 0,5–3,5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 1,0–3,0 Gew.-% eingestellt.As noted above, molybdenum forms carbide in conjunction with the existing carbon and improves the high temperature wear resistance of the protective layer. It has been found that it has a positive effect on the hardness, toughness and impact resistance of the protective layer of the hot forming tool when the molybdenum content of the at least one second iron-containing component is set slightly lower than that of the first iron-containing component of the powder mixture. In order to obtain advantageous hardness, toughness and impact resistance, the molybdenum content of the at least one second iron-containing component is adjusted to a value in the range of 0.5-3.5 wt .-%, preferably in the range of 1.0-3.0 wt .-% adjusted.

Nickel ist kein Carbid bildendes Element. Dennoch verbessert es die Zähigkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht. Zur Optimierung der Zähigkeit und der Rissfestigkeit der Schutzschicht wird der Nickelgehalt in der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf einen Wert im Bereich von 5,0–15,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 8,0–14,0 Gew.-% eingestellt.Nickel is not a carbide-forming element. Nevertheless, it improves the toughness and crack resistance of the protective layer. In order to optimize the toughness and crack resistance of the protective layer, the nickel content in the at least one second iron-containing component of the powder mixture is in the range of 5.0-15.0 wt.%, Preferably in the range of 8.0-14.0 % By weight.

Die Härte der Schutzschicht hängt vom Mischungsverhältnis der eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen) ab. Um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen, wird vorzugsweise eine Härte im Bereich von 56 bis 64 HRC, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 64 HRC eingestellt. Die Härte bzw. Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Schutzschicht ist optimal, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten in einem Mischungsverhältnis im Bereich von 30:70 und 70:30, vorzugsweise im Bereich von 40:60 und 60:40 gemischt werden.The hardness of the protective layer depends on the mixing ratio of the iron-containing components (iron-base alloys). In order to achieve a high wear resistance, preferably a hardness in the range of 56 to 64 HRC, more preferably in the range of 60 to 64 HRC is set. The hardness or wear resistance of the protective layer produced according to the invention is optimal when the first component and the second component of the at least two iron-containing components in a mixing ratio in the range of 30:70 and 70:30, preferably in the range of 40:60 and 60:40 be mixed.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus mehreren unterschiedlich harten Schichten aufgebaut wird, wobei die oberste Schicht die höchste Härte der unterschiedlich harten Schichten aufweist. Hierdurch lassen sich eine optimale Verschleißfestigkeit der Schutzschicht und eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Verbindung derselben mit dem Umformwerkzeug erzielen.An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the protective layer is built up from a plurality of layers of different hardness, wherein the uppermost layer has the highest hardness of the differently hard layers. This makes it possible to achieve optimum wear resistance of the protective layer and a particularly reliable cohesive connection of the same with the forming tool.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass von dem Umformwerkzeug 1 mm bis 3 mm im Bereich der herzustellenden Schutzschicht durch Fräsen vor dem Auftragsschweißen abgetragen werden. Hierdurch wird das Umformwerkzeug optimal vorbereitet und eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Anbindung der Schutzschicht an dem Umformwerkzeug erreicht.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that 1 mm to 3 mm are removed from the forming tool in the region of the protective layer to be produced by milling prior to build-up welding. As a result, the forming tool is optimally prepared and achieved a particularly reliable cohesive connection of the protective layer to the forming tool.

Damit die mit dem Warmumformwerkzeug hergestellten Blechbauteile eine hohe Oberflächenqualität aufweisen, sollte die Schutzschicht geglättet werden. Dementsprechend sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine spanende Nachbearbeitung der Schutzschicht vor. Das Glätten der Schutzschicht kann beispielsweise durch Fräsen und/oder Schleifen erfolgen.So that the sheet metal components produced with the hot forming tool have a high surface quality, the protective layer should be smoothed. Accordingly, a further embodiment of the method according to the invention provides for a subsequent machining of the protective layer. The smoothing of the protective layer can be done for example by milling and / or grinding.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Laserpulverauftragsschweißen ein geringer Wärmeeintrag in das Grundmaterial des Umformwerkzeuges erfolgt. Dadurch bleiben die eingestellten Werkstoffeigenschaften des Umformwerkzeuges weitestgehend unverändert und es entstehen nur sehr geringe Spannungen (Verzug) des Umformwerkzeuges, so dass der Nachbearbeitungsaufwand durch Fräsen und Schleifen minimiert wird.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is that by the laser powder deposition welding a low heat input into the base material of the forming tool takes place. As a result, the set material properties of the forming tool remain largely unchanged and there are only very low stresses (delay) of Forming tool, so that the Nachbearbeitungsaufwand by milling and grinding is minimized.

Die Schutzschicht des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges weist folgende Zusammensetzung auf: C: 0,1–0,6 Gew.-%, Cr: 7,5–18,0 Gew.-%, Ni: 1,5–10,5 Gew.-%, Mo: 0,4–3,0 Gew.-%, W: 0,2–2,5 Gew.-%, Si: 0,2–2,5 Gew.-%, V: 0,1–1,4 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Dicke der Schutzschicht im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegt.The protective layer of the hot forming tool according to the invention has the following composition: C: 0.1-0.6 wt%, Cr: 7.5-18.0% by weight, Ni: 1.5-10.5% by weight, Not a word: 0.4-3.0% by weight, W: 0.2-2.5% by weight, Si: 0.2-2.5% by weight, V: 0.1-1.4% by weight, Remaining iron and unavoidable impurities, wherein the thickness of the protective layer in the range of 1 mm to 6 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.

Wie an sich bekannt, ist das Warmumformwerkzeug mit mindestens einem Kühlkanal versehen. Der Kühlkanal wird so angeordnet, dass der kürzestes Abstand zwischen der Schutzschicht und dem Kühlkanal im Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 30 mm liegt.As known per se, the hot forming tool is provided with at least one cooling channel. The cooling channel is arranged so that the shortest distance between the protective layer and the cooling channel is in the range of 15 mm to 35 mm, preferably in the range of 20 mm to 30 mm.

Das erfindungsgemäße Warmumformwerkzeug ist vorzugsweise in Segment-, Kronen- oder Schalenbauweise ausgeführt. Der unterhalb der Schutzschicht befindliche Werkzeugkörper (Grundkörper) ist dabei aus einem oder mehreren Werkstoffen (aus Guss oder geschmiedetem Stahl) mit einer Wärmeleitfähigkeit von vorzugsweise mindestens 30 W/mK, besonders bevorzugt mindestens 40 W/mK gefertigt.The hot forming tool according to the invention is preferably designed in segment, crown or shell construction. The tool body (base body) located below the protective layer is made of one or more materials (cast or forged steel) with a thermal conductivity of preferably at least 30 W / mK, particularly preferably at least 40 W / mK.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the hot forming tool according to the invention are specified in the subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing illustrating several embodiments.

Es zeigen schematisch:They show schematically:

1 eine vertikale Querschnittansicht eines Abschnitts eines Umformwerkzeuges zum Warmumformen und Presshärten von Metallblechen am Beginn des Umformprozesses; 1 a vertical cross-sectional view of a portion of a forming tool for hot working and press hardening of metal sheets at the beginning of the forming process;

2 das Umformwerkzeug der 1 am Ende des Umformprozesses; 2 the forming tool the 1 at the end of the forming process;

3 einen Stempel des Umformwerkzeuges der 1, in Seitenansicht; und 3 a stamp of the forming tool the 1 , in side view; and

4 einen Abschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges, in Schnittdarstellung. 4 a section of another hot forming tool according to the invention, in sectional view.

Das in den 1 und 2 dargestellte Umformwerkzeug dient dem Warmumformen und Presshärten von Metallblech, vorzugsweise von borlegiertem Stahlblech. Das Umformwerkzeug (Presswerkzeug) ist aus einem Stempel 1 und einer Matrize 2 aufgebaut. Der Stempel 1 ist innerhalb eines Maschinenrahmens 5 angeordnet, an dem oberseitig Halter 6 zum Halten des umzuformenden Blechzuschnitts 7 montiert sind.That in the 1 and 2 shown forming tool is used for hot forming and press hardening of sheet metal, preferably boron-alloyed steel sheet. The forming tool (pressing tool) is made of a stamp 1 and a die 2 built up. The Stamp 1 is inside a machine frame 5 arranged on the upper side holder 6 for holding the reshaped sheet metal blank 7 are mounted.

Die Matrize 2 weist ein bewegliches Bodenteil 2.1 auf, das zwischen seitlichen Werkzeugteilen (Blöcken) 2.2, 2.3 der Matrize angeordnet ist. In der geöffneten Stellung des Warmumformwerkzeuges steht das bewegliche Bodenteil 2.1 mit seiner dem Stempel 1 zugewandten Formfläche gegenüber den Formflächen der seitlichen Werkzeugteile 2.2, 2.3 der Matrize vor. Das bewegliche Bodenteil 2.1 dient als Gegendruckelement für den Stempel 1 und optimiert somit durch Einspannen des Blechzuschnitts dessen Lagefixierung während des Umformprozesses.The matrix 2 has a movable bottom part 2.1 on that between side tool parts (blocks) 2.2 . 2.3 the die is arranged. In the open position of the hot forming tool is the movable bottom part 2.1 with his the stamp 1 facing mold surface against the molding surfaces of the lateral tool parts 2.2 . 2.3 the template in front. The movable floor part 2.1 serves as a counterpressure element for the stamp 1 and thus optimizes its positional fixation during the forming process by clamping the sheet metal blank.

Die Werkzeugteile (Blöcke) 2.2, 2.3 sind mit einem als Träger dienenden Basisteil (Unterbau) 2.4 der Matrize 2 lösbar verbunden. Die Blöcke 2.2, 2.3 und das Bodenteil 2.1 der Matrize 2 sowie der Stempel 1 weisen Kühlkanäle 8, 9, 10 auf, durch die Kühlflüssigkeit, beispielsweise kaltes Wasser, zur raschen Abkühlen der zuvor in einer Wärmebehandlungsanlage auf Austenitisierungstemperatur erhitzten Stahlblechplatine 7 geleitet wird.The tool parts (blocks) 2.2 . 2.3 are with a base part serving as support (substructure) 2.4 the matrix 2 releasably connected. The blocks 2.2 . 2.3 and the bottom part 2.1 the matrix 2 as well as the stamp 1 have cooling channels 8th . 9 . 10 on, by the cooling liquid, such as cold water, for rapid cooling of the previously heated in a heat treatment plant austenitizing temperature sheet steel plate 7 is directed.

Das Warmumformwerkzeug ist in den Bereichen, in denen es einer hohen abrasiven Beanspruchung unterworfen ist, mit die Verschleißfestigkeit erhöhenden Schutzschichten 11, 12, 13, 14 versehen. Die jeweilige Schutzschicht 11, 12, 13, 14 ist durch Laserauftragsschweißen unter Verwendung einer pulverförmigen Mischung (Pulvergemisch) hergestellt.The hot forming tool is in the areas where it is subjected to a high abrasive stress, with the wear resistance increasing protective layers 11 . 12 . 13 . 14 Mistake. The respective protective layer 11 . 12 . 13 . 14 is made by laser cladding using a powdery mixture (powder mixture).

Ein Vorteil des Laserauftragsschweißens liegt unter anderem im geringen Wärmeeintrag in das Werkzeug, so dass der Verzug des Werkzeuges gering bleibt. Dies ist insbesondere hinsichtlich des Aufwandes für die Nachbearbeitung durch Fräsen und Schleifen von Vorteil, der somit gering gehalten werden kann.One advantage of laser deposition welding is, inter alia, the low heat input into the tool, so that the distortion of the tool remains low. This is particularly advantageous in terms of the cost of post-processing by milling and grinding, which can thus be kept low.

Die pulverförmige Mischung ist aus zwei eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen) zusammengesetzt. Die erste Komponente hat folgende Zusammensetzung: C: 0,2–0,8 Gew.-%, Cr: 2,0–9,0 Gew.-%, Mo: 1,0–5,0 Gew.-%, W: 0,5–5,0 Gew.-%, V: 0,2–2,0 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.The powdery mixture is composed of two iron-containing components (iron-based alloys). The first component has the following composition: C: 0.2-0.8% by weight, Cr: 2.0-9.0% by weight, Not a word: 1.0-5.0 wt%, W: 0.5-5.0% by weight, V: 0.2-2.0% by weight, Remaining iron and unavoidable impurities.

Die zweite Komponente hat dagegen folgende Zusammensetzung: C: 0,005–0,2 Gew.-%, Cr: 10,0–20,0 Gew.-%, Mo: 0,5–3,5 Gew.-%, Ni: 5,0–15,0 Gew.-%, Si: 0,5–3,5 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.The second component, however, has the following composition: C: 0.005-0.2% by weight, Cr: 10.0-20.0% by weight, Not a word: 0.5-3.5% by weight, Ni: 5.0-15.0% by weight, Si: 0.5-3.5% by weight, Remaining iron and unavoidable impurities.

Die Härte und damit die Verschleißfestigkeit der fertigen Schutzschicht 11, 12, 13, 14 hängen insbesondere vom Mischungsverhältnis der beiden eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen) ab. Das Mischungsverhältnis wird so eingestellt, dass es im Bereich von 30:70 und 70:30, vorzugsweise im Bereich von 40:60 und 60:40 liegt. Hierdurch wird eine Härte im Bereich von 56 bis 64 HRC eingestellt.The hardness and thus the wear resistance of the finished protective layer 11 . 12 . 13 . 14 depend in particular on the mixing ratio of the two iron-containing components (iron-based alloys). The mixing ratio is adjusted to be in the range of 30:70 and 70:30, preferably in the range of 40:60 and 60:40. This sets a hardness in the range of 56 to 64 HRC.

Das Pulvergemisch wird mittels einer geeigneten Vorrichtung auf einen oder mehrere Bereich des Warmumformwerkzeuges aufgebracht und mittels eines Lasers aufgeschmolzen. Die Auftragsmenge der Mischung wird dabei so eingestellt, dass die Dicke der fertigen Schutzschicht 11, 12, 13, 14 im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegt.The powder mixture is applied by means of a suitable device to one or more areas of the hot forming tool and melted by means of a laser. The application rate of the mixture is adjusted so that the thickness of the finished protective layer 11 . 12 . 13 . 14 in the range of 1 mm to 6 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.

Die Schutzschicht kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut werden. In dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft die Werkzeugteile (Blöcke) 2.2, 2.3 der Matrize mit einer zweischichtigen Schutzschicht 11 bzw. 12 versehen. Wird die Schutzschicht aus mehreren Schichten 11.1, 11.2, 12.1, 12.2 aufgebaut, so weisen diese vorzugsweise durch Einstellung des Mischungsverhältnisses des Eisenbasislegierungen unterschiedliche Härten auf. Der Schichtaufbau wird dabei so gewählt, dass die oberste Schicht 11.2, 12.2 der Schutzschicht 11 bzw. 12 die höchste Härte der unterschiedlich harten Schichten 11.1, 11.2, 12.1, 12.2 aufweist.The protective layer can be composed of one or more layers. In the in the 1 and 2 The exemplary embodiment shown is an example of the tool parts (blocks). 2.2 . 2.3 the matrix with a two-layer protective layer 11 respectively. 12 Mistake. Will the protective layer of several layers 11.1 . 11.2 . 12.1 . 12.2 constructed, they preferably have different by adjusting the mixing ratio of the iron-based alloys different hardnesses. The layer structure is chosen so that the top layer 11.2 . 12.2 the protective layer 11 respectively. 12 the highest hardness of the different hard layers 11.1 . 11.2 . 12.1 . 12.2 having.

In 3 ist der Stempel 1 des Warmumformwerkzeuges der 1 und 2 in Seitenansicht dargestellt. Der Stempel 1 ist in mehrere Werkzeugteile segmentiert. Es ist zu erkennen, dass auf einem Stempelunterbau 1.2 unterschiedliche Werkzeugteile 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16 bündig aneinanderliegend montiert sind. Die Werkzeugteile 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16 des Stempels 1 weisen entsprechend den Werkzeugteilen der Matrize 2 gebohrte Kühlkanäle auf (in 3 nicht gezeigt), die sich entlang der Formfläche (Pressfläche) erstrecken. Bereiche der Werkzeugteile 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, die beim Umformprozess einer hohen abrasiven Beanspruchung ausgesetzt sind, sind mit einer die Verschleißfestigkeit erhöhenden Schutzschicht 13 versehen, die in 3 durch eine Punktfläche markiert ist. Die Schutzschicht 13 ist durch Laserauftragsschweißen unter Verwendung des oben angegebenen Pulvergemisches hergestellt.In 3 is the stamp 1 of the hot forming tool the 1 and 2 shown in side view. The Stamp 1 is segmented into several tool parts. It can be seen that on a stamp substructure 1.2 different tool parts 1.11 . 1.12 . 1.13 . 1.14 . 1.15 . 1.16 are mounted flush to each other. The tool parts 1.11 . 1.12 . 1.13 . 1.14 . 1.15 . 1.16 of the stamp 1 have according to the tool parts of the die 2 drilled cooling channels (in 3 not shown) extending along the molding surface (pressing surface). Areas of the tool parts 1.11 . 1.12 . 1.13 . 1.14 . 1.15 . 1.16 , which are subjected to a high abrasive stress during the forming process, are provided with a wear-resistant protective layer 13 provided in 3 is marked by a dot area. The protective layer 13 is prepared by laser cladding using the above powder mixture.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges 1' dargestellt, das in Schalenbauweise ausgeführt ist.In 4 is another embodiment of a hot forming tool according to the invention 1' represented, which is executed in shell construction.

Das Werkzeug 1' weist einen Kern 1.2' und einen damit verbundenen schalenförmigen Grundkörper 1.1 auf. Der Kern 1.2' und der schalenförmige Grundkörper 1.1 sind komplementär zueinander ausgebildet. Der Grundkörper 1.1 besteht vorzugsweise aus einem duktilen Stahl, beispielsweise einem Gussstahl oder einem geschmiedeten Stahl. In der dem Kern zugewandten Innenseite des Grundkörpers 1.1 sind nutförmige Kühlkanäle 4 ausgebildet. Die Kühlkanäle 4 können beispielsweise durch Fräsen in den Grundkörper 1.1 eingearbeitet sein. Der Grundkörper (Werkzeugkörper) 1.1 hat eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/mK, vorzugsweise mindestens 40 W/mK.The tool 1' has a core 1.2 'and a related bowl-shaped body 1.1 on. The core 1.2 'and the bowl-shaped body 1.1 are formed complementary to each other. The main body 1.1 is preferably made of a ductile steel, for example a cast steel or a forged steel. In the core facing the inside of the body 1.1 are groove-shaped cooling channels 4 educated. The cooling channels 4 For example, by milling in the body 1.1 be incorporated. The main body (tool body) 1.1 has a thermal conductivity of at least 30 W / mK, preferably at least 40 W / mK.

Auf die dem umzuformenden Blechzuschnitt zugewandte Aktivfläche des Grundkörpers 1.1 ist wiederum mittels Laserpulverauftragsschweißen eine Schutzschicht 13 aufgebracht, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit aufweist. Bei dem hierzu verwendeten Pulver handelt es sich um die oben erwähnte Mischung aus zwei eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen). Das Mischungsverhältnis wird dabei so eingestellt, dass die fertige Schutzschicht 13 eine Härte im Bereich von 56 bis 64 HRC aufweist. Das Mischungsverhältnis kann zwischen 30:70 und 70:30 variiert werden. Die Dicke der harten Schutzschicht 13 liegt im Bereich von 1 mm bis 6 mm, wobei eine Dicke im Bereich von 2 mm bis 4 mm besonders bevorzugt ist.On the forming the sheet metal blank facing active surface of the body 1.1 is in turn by means of laser powder deposition welding a protective layer 13 applied, which has a high hardness and wear resistance. The powder used for this purpose is the above-mentioned mixture of two iron-containing components (iron-based alloys). The mixing ratio is adjusted so that the finished protective layer 13 has a hardness in the range of 56 to 64 HRC. The mixing ratio can be varied between 30:70 and 70:30. The thickness of the hard protective layer 13 is in the range of 1 mm to 6 mm, with a thickness in the range of 2 mm to 4 mm being particularly preferred.

Der kürzestes Abstand A zwischen der Schutzschicht 13 und dem jeweiligen Kühlkanal 4 liegt im Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 30 mm. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung des schalenförmigen Grundkörpers 1.1 wird eine erhebliche Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Warmumformwerkzeuges 1' erreicht. Da der schalenförmige Grundkörper 1.1 selbst im Wesentlichen nicht gehärtet wird, behält dieser seine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit bei.The shortest distance A between the protective layer 13 and the respective cooling channel 4 is in the range of 15 mm to 35 mm, preferably in the range of 20 mm to 30 mm. Due to the coating according to the invention of the shell-shaped base body 1.1 will significantly improve the wear resistance of the hot forming tool 1' reached. As the bowl-shaped body 1.1 itself is essentially not cured, this retains its relatively high thermal conductivity.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei der Herstellung neuer Umformwerkzeuge als auch bei der Reparatur verschlissener Umformwerkzeuge angewandt werden. Als Reparaturtechnologie kann das erfindungsgemäße Laserpulverauftragsschweißen angewendet werden, um verschleißbedingte Abtragungen an Warmumformwerkzeugen zu beseitigen, so dass ein guter Passsitz und damit einhergehend eine hohe Abkühlgeschwindigkeit wieder hergestellt wird. In beiden Fällen (Herstellung von Neuwerkzeugen und Reparatur verschlissener Warmumformwerkzeuge) wird in dem bzw. den Bereichen der herzustellenden Schutzschicht(en) 11, 12, 13, 14 vor dem Pulverauftragsschweißen ein Oberflächenbereich des Werkzeuges 1, 2.1, 2.2, 2.3 bzw. 1.1 durch spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen abgetragen. Die Tiefe bzw. das Maß der Abtragung beträgt vorzugsweise ca. 1 mm bis 3 mm. Nach dem Laserauftragsschweißen des Pulvergemisches wird die Sollgeometrie des Warmumformwerkzeuges 1, 2.1, 2.2, 2.3 bzw. 1.1 hergestellt. Dabei wird die Ausdünnung des umgeformten Bleches 7 verglichen mit der ursprünglichen Blechdicke in der Einarbeitung des Werkzeugspaltes berücksichtigt. The method according to the invention can be used both in the production of new forming tools and in the repair of worn forming tools. As a repair technology laser powder deposition welding according to the invention can be used to eliminate wear-related erosion of hot forming tools, so that a good fit and thus a high cooling rate is restored. In both cases (production of new tools and repair of worn hot forming tools), the protective layer (s) to be produced in the area (s) 11 . 12 . 13 . 14 prior to powder build-up welding, a surface area of the tool 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 respectively. 1.1 removed by machining, for example by milling. The depth or the extent of the removal is preferably about 1 mm to 3 mm. After laser deposition welding of the powder mixture, the desired geometry of the hot forming tool 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 respectively. 1.1 produced. Therein, the thinning of the formed sheet 7 taken into account compared with the original sheet thickness in the incorporation of the tool gap.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten möglich, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.The embodiment of the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, numerous variants are possible, which make use even with fundamentally different design of the invention specified in the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DD 273458 A1 [0002] DD 273458 A1 [0002]

Claims (13)

Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit eines Umformwerkzeuges (1, 2.1, 2.2, 2.3, 1.1), insbesondere Warmumformwerkzeuges, bei dem das Umformwerkzeug durch Auftragsschweißen mit einer aus einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial hergestellten Schutzschicht (11, 12, 13, 14) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aus mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten zusammengesetzte pulverförmige Mischung auf das Umformwerkzeug (1, 2.1, 2.2, 2.3 bzw. 1.1) aufgetragen und mittels eines Schweißstrahls, vorzugsweise Laserschweißstrahls aufgeschmolzen wird, wobei eine erste der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,2–0,8 Gew.-%, Cr: 2,0–9,0 Gew.-%, Mo: 1,0–5,0 Gew.-%, W: 0,5–5,0 Gew.-%, V: 0,2–2,0 Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die zweite der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,005–0,2 Gew.-%, Cr: 10,0–20,0 Gew.-%, Mo: 0,5–3,5 Gew.-%, Ni: 5,0–15,0 Gew.-%, Si: 0,5–3,5 Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, und wobei die Auftragsmenge der mindestens einen pulverförmigen Mischung so eingestellt wird, dass die Dicke der fertigen Schutzschicht (11, 12, 13, 14) im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegt.
Method for improving the wear resistance of a forming tool ( 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 . 1.1 ), in particular hot forming tool, in which the forming tool is produced by build-up welding with a protective layer made of a powdery coating material ( 11 . 12 . 13 . 14 ), characterized in that at least one powdery mixture composed of at least two iron-containing components is applied to the forming tool ( 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 respectively. 1.1 ) and is melted by means of a welding beam, preferably a laser welding beam, wherein a first of the at least two iron-containing components has the following composition: C: 0.2-0.8% by weight, Cr: 2.0-9.0% by weight, Not a word: 1.0-5.0 wt%, W: 0.5-5.0% by weight, V: 0.2-2.0% by weight,
The remainder being iron and unavoidable impurities, the second of the at least two iron-containing components having the following composition: C: 0.005-0.2% by weight, Cr: 10.0-20.0% by weight, Not a word: 0.5-3.5% by weight, Ni: 5.0-15.0% by weight, Si: 0.5-3.5% by weight,
Residual iron and unavoidable impurities, and wherein the application amount of the at least one powdery mixture is adjusted so that the thickness of the finished protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ) in the range of 1 mm to 6 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,3–0,7 Gew.-%, Cr: 3,0–6,0 Gew.-%, Mo: 2,0–4,0 Gew.-%, W: 1,0–3,5 Gew.-%, V: 0,2–1,9 Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, und/oder wobei die zweite der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,01–0,1 Gew.-%, Cr: 12,0–18,0 Gew.-%, Mo: 1,0–3,0 Gew.-%, Ni: 8,0–14,0 Gew.-%, Si: 1,0–3,0 Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
A method according to claim, characterized in that the first of the at least two iron-containing components has the following composition: C: 0.3-0.7% by weight, Cr: 3.0-6.0 wt%, Not a word: 2.0-4.0% by weight, W: 1.0-3.5% by weight, V: 0.2-1.9% by weight,
Remainder iron and unavoidable impurities, and / or wherein the second of the at least two iron-containing components has the following composition: C: 0.01-0.1% by weight, Cr: 12.0-18.0% by weight, Not a word: 1.0-3.0% by weight, Ni: 8.0-14.0% by weight, Si: 1.0-3.0% by weight,
Remaining iron and unavoidable impurities.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten in einem Mischungsverhältnis im Bereich von 30:70 und 70:30, vorzugsweise im Bereich von 40:60 und 60:40 gemischt werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the first component and the second component of the at least two iron-containing components in a mixing ratio in the range of 30:70 and 70:30, preferably in the range of 40:60 and 60:40 are mixed , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (11, 12) aus mehreren unterschiedlich harten Schichten (11.1, 11.2; 12.1, 12.2) aufgebaut wird, wobei die oberste Schicht (11.2, 12.2) die höchste Härte der unterschiedlich harten Schichten (11.1, 11.2; 12.1, 12.2) aufweist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the protective layer ( 11 . 12 ) of several different hard layers ( 11.1 . 11.2 ; 12.1 . 12.2 ), wherein the topmost layer ( 11.2 . 12.2 ) the highest hardness of the differently hard layers ( 11.1 . 11.2 ; 12.1 . 12.2 ) having. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragsschweißen von dem Umformwerkzeug (1, 2.1, 2.2, 2.3, 1.1) 1 mm bis 3 mm im Bereich der herzustellenden Schutzschicht (11, 12, 13, 14) durch Fräsen abgetragen werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that before the build-up welding of the forming tool ( 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 . 1.1 ) 1 mm to 3 mm in the region of the protective layer to be produced ( 11 . 12 . 13 . 14 ) are removed by milling. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (11, 12, 13, 14) nach dem Auftragsschweißen spanend nachbearbeitet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ) is post-machined after the build-up welding. Warmumformwerkzeug (1, 2.1, 2.2, 2.3, 1.1) mit einer dessen Verschleißfestigkeit erhöhenden, durch Auftragsschweißen erzeugten Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (11, 12, 13, 14) folgende Zusammensetzung aufweist: C: 0,1–0,6 Gew.-%, Cr: 7,5–18,0 Gew.-%, Ni: 1,5–10,5 Gew.-%, Mo: 0,4–3,0 Gew.-%, W: 0,2–2,5 Gew.-%, Si: 0,2–2,5 Gew.-%, V: 0,1–1,4 Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Schutzschicht (11, 12, 13, 14) eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 4 mm aufweist.
Hot forming tool ( 1 . 2.1 . 2.2 . 2.3 . 1.1 ) with a wear-resistance-increasing protective layer produced by build-up welding, characterized in that the protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ) has the following composition: C: 0.1-0.6 wt%, Cr: 7.5-18.0% by weight, Ni: 1.5-10.5% by weight, Not a word: 0.4-3.0% by weight, W: 0.2-2.5% by weight, Si: 0.2-2.5% by weight, V: 0.1-1.4% by weight,
Remaining iron and unavoidable impurities, the protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ) has a thickness in the range of 1 mm to 6 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.
Warmumformwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (11, 12) aus mehreren unterschiedlich harten Schichten (11.1, 11.2, 12.1, 12.2) aufgebaut ist, wobei die oberste Schicht (11.2, 12.2) die höchste Härte der unterschiedlich harten Schichten (11.1, 11.2, 12.1, 12.2) aufweist. Hot forming tool according to claim 7, characterized in that the protective layer ( 11 . 12 ) of several different hard layers ( 11.1 . 11.2 . 12.1 . 12.2 ), wherein the uppermost layer ( 11.2 . 12.2 ) the highest hardness of the differently hard layers ( 11.1 . 11.2 . 12.1 . 12.2 ) having. Warmumformwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (11, 12, 13, 14; 11.2, 12.2) eine Härte im Bereich von 56 bis 64 HRC, vorzugsweise im Bereich von 60 bis 64 HRC aufweist.Hot forming tool according to claim 7 or 8, characterized in that the protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ; 11.2 . 12.2 ) has a hardness in the range of 56 to 64 HRC, preferably in the range of 60 to 64 HRC. Warmumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Schutzschicht (11, 12, 13, 14; 11.2, 12.2) geschliffen ist.Hot forming tool according to one of claims 7 to 9, characterized in that the surface of the protective layer ( 11 . 12 . 13 . 14 ; 11.2 . 12.2 ) is ground. Warmumformwerkzeug mit mindestens einem Kühlkanal (4) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzestes Abstand (A) zwischen der Schutzschicht (13) und dem Kühlkanal (4) im Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 30 mm liegt.Hot forming tool with at least one cooling channel ( 4 ) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the shortest distance (A) between the protective layer ( 13 ) and the cooling channel ( 4 ) in the range of 15 mm to 35 mm, preferably in the range of 20 mm to 30 mm. Warmumformwerkzeug (1; 1.1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Segment-, Kronen- oder Schalenbauweise ausgeführt ist.Hot forming tool ( 1 ; 1.1 ) according to one of claims 7 to 11, characterized in that it is designed in segment, crown or shell construction. Warmumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb der Schutzschicht (13) befindliche Werkzeugkörper (1.1) aus einem oder mehreren Werkstoffen mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/mK, vorzugsweise mindestens 40 W/mK gefertigt ist.Hot forming tool according to one of claims 7 to 12, characterized in that the below the protective layer ( 13 ) located tool body ( 1.1 ) is made of one or more materials having a thermal conductivity of at least 30 W / mK, preferably at least 40 W / mK.
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