Enhancing the resistance of steel against adiabatic shear band formation by alloy selection and heat treatment improvement

In dieser Arbeit wurden Kolben von Direktbefestigungswerkzeugen untersucht, die im Bauwesen unter hohen dynamischen Belastungen eingesetzt werden. Besonders die Kolbenspitzen unterliegen starkem Verschleiß, der zum Versagen der Bauteile führen kann. Ziel war es, durch die gezielte Auswahl von Werkstoffen und optimierte Wärmebehandlungen den Verschleiß zu reduzieren und die Mikrostruktur gegenüber adiabatischen Scherbandbildungen widerstandsfähiger zu gestalten. Im Mittelpunkt standen werkstoffwissenschaftliche Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur, Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißverhalten unter einsatzrelevante Bedingungen. Der vorliegende Verschließmechanismus, der zu Ausfällen der Kolben führen kann, ist die Bildung von adiabatischen Scherbändern (ASB). Im theoretischem Abschnitt dieser Arbeit wird ausführlich beleuchtet wie diese entstehen und letzten Endes auch zum Bruch führen. Im Weiteren wird beleuchtet, was gegen die Bildung von ASB unternommen werden kann. Basierend auf der Theorie werden für vier unterschiedliche Werkzeugstähle Strategien ausgearbeitet um Eigenschaften wie Zähigkeit oder die Fließgrenze zu optimieren. Aufbauend werden verschiedene Wärmebehandlungen an den Legierungen durchgeführt, um die gewünschten Eigenschaften einzustellen. Die wärmebehandelten Proben wurden auf ihre mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur geprüft. Die vielversprechendsten Kombinationen aus Legierung und Wärmebehandlung wurden für die Wärmebehandlung an Kolben ausgewählt und anschließend bei Anwendungstest überprüft. Die Anwendungstest wurden so konzipiert, dass die zuvor an der Kolbenspitze auftretenden ASBs zuverlässig repliziert werden konnten. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen dar, dass eine hohe Fließgrenze mit ausreichend hoher Zähigkeit die Bildung von adiabatischen Scherbändern in dem vorliegenden Anwendungsfall signifikant minimieren kann und somit die Lebensdauer des Kolbens deutlich erhöht.