Influence of the processing route on the microstructure and mechanical behaviour of bainitic forging steels

Titel in Übersetzung: Einfluss der Prozessführung auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von bainitischen Schmiedestählen

Gernot Eggbauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von hochfesten bainitischen Stählen, die für geschmiedete Bauteile verwendet werden. Diese Stähle sollten verbesserte mechanische Eigenschaften und damit eine verbesserte Betriebsfestigkeit im Vergleich zu den konventionell verwendeten Vergütungsstählen aufweisen. Zu diesem Zweck werden zwei Stahlsorten mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt (0,20 % C) untersucht, die sich unter anderem in ihrem Chromgehalt unterscheiden. Zusätzlich werden verschiedene Prozessrouten verglichen, da der Austenitzustand vor der Phasenumwandlung, sowie das Temperaturprofil während der Abkühlung, stark auf die bainitische Mikrostruktur auswirken. Die verschiedenen Prozesswege werden sowohl durch Labortests, als auch durch industrielle Schmiedeversuche realisiert. Darüber hinaus wird der Effekt des Anlassens nach der bainitischen Phasenumwandlung untersucht, welcher einen Einfluss auf die Mikrostruktur sowie auf die mechanischen Eigenschaften hat. Um dieses Verhalten abzuleiten, wurden durch dilatometrische Messungen die Umwandlungskinetik verschiedener bainitischer Morphologien verglichen und Rückschlüsse auf die Phasenfraktionen durchgeführt. Zusätzlich wurde dies mit mikro-strukturellen Analysen, bestehend aus Licht-, Rasterelektronen-, Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgendiffraktometrie verglichen. Die statischen mechanischen Eigenschaften, die sich aus den quasi-statischen Zugversuchen und den Kerbschlagversuchen ergeben, werden nach isothermer und kontinuierlicher Phasenumwandlung im Labor sowie durch reales Gesenkschmieden untersucht. Darüber hinaus werden zyklische Eigenschaften aus den geschmiedeten Proben mit Hilfe von Manson-Coffin durchgeführt. In dieser Arbeit wurden die Temperatur-Zeit Bedingungen, welche zu einer optimalen Kombination von Festigkeit und Zähigkeit führen, analysiert. In der Folge dessen wurde festgestellt, das ein Optimum materialabhängig ist. Das gewünschte Anforderungsprofil für bainitische Schmiedestähle kann durch eine feine homogene Mikrostruktur erreicht werden. Diese Morphologie kann durch kurze Umwandlungszeit bei isothermen Temperaturen knapp über der Martensit-Starttemperatur oder kontrollierten kontinuierlichen Umwandlung innerhalb eines verengten Bainitphasenfeldes realisiert werden. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die isotherme Haltetemperatur die Martensit-Starttemperatur beeinträchtigt. Je höher die Umwandlungstemperatur ist, je geringer ist die Stabilität des Austenits. Dies führt zu einer höheren Menge an Martensit / Austenit-Bestandteilen, daher werden die Festigkeits- und Duktilitätswerte verringert. Die Konzepte neuer bainitischer Schmiedestähle tendieren zu neuen Legierungskonzepten mit einem erhöhten Siliziumgehalt. Diese Erhöhung führt in weiterer Folge zu erhöhten Gehalten an Restaustenit, welcher sich unter zyklischer Belastung in Martensit umwandeln kann. Daher zeigen diese neuen Stahlkonzepte zyklische Härtungseffekte im Vergleich zu dem Referenzvergütungsstahl. Dies führt zu einer höheren Betriebsfestigkeit und damit zu einem höheren Leichtbaupotentials. Weiterhin kann das Festigkeitspotential vor allem durch eine kontrollierte Kühlung aus der Schmiedehitze genutzt werden. Nachdem mehrere Kühlrouten verglichen wurden, fand sich eine optimale Kombination von mechanischen Eigenschaften nach einer kontrollierten Kühlung mit isothermer Haltestufe bei 400°C und einer Haltezeit von 15 Minuten wider.
Titel in ÜbersetzungEinfluss der Prozessführung auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von bainitischen Schmiedestählen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Buchmayr, Bruno, Beurteiler A (intern)
  • Bernhard, Christian, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2017

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Bainitische Schmiedestähle
  • mechanische Eigenschaften
  • Phasencharakterisierung
  • Gleeble
  • Schmiedeversuche

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