Mitigating the hardness drop due to divorced eutectoid transformation in pearlitic steels: Influence of the cooling rate

Diese Masterarbeit untersucht Strategien zur Verringerung des Härteverlusts infolge der sogenannten „divorced eutectoid transformation“ (DET) beim Schweißen von perlitischen Schienenstählen. Im Fokus steht dabei die Auswirkung der Abkühlgeschwindigkeit auf die DET-Kinetik und die resultierende Härte. Hierzu wurden Dilatometerversuche bei drei Austenitisierungstemperaturen (TA) - 740, 770 und 800 °C - durchgeführt, welche charakteristische Bereiche in der Wärmeeinflusszone (WEZ) repräsentieren und jeweils über ein Spektrum an Abkühlraten untersucht wurden. Auf Basis dieser Versuche wurde für jede TA ein kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Diagramm) angefertigt. Die resultierenden Mikrogefüge, Phasenverteilungen und Karbidmorphologien wurden mittels Mikro- und Nanohärteprüfung, optischer und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen (OM und SEM), Röntgendiffraktometrie (XRD) und Partikelanalysen charakterisiert. Darüber hinaus ermöglichte die Hochtemperatur-Laser-Scanning-Konfokalmikroskopie (HT-LSCM) eine in-situ-Beobachtung von Kornwachstum und Umwandlungsdynamik. Ergänzende Experimente untersuchten zudem den Einfluss verlängerter Haltezeiten sowie das Umwandlungsverhalten bei niedrigerer TA.
Die Ergebnisse zeigen, dass erhöhte Abkühlraten den Perlitanteil steigern und somit zu einer höheren Härte führen. Feinlamellarer Perlit ist dabei entscheidend für eine signifikante Härtesteigerung. Eine vollständige Wiederherstellung der Ausgangshärte erfordert jedoch ein Mischgefüge mit Martensit. Je höher die TA, desto geringer ist der benötigte Martensitanteil, um die ursprüngliche Härte wiederzuerlangen. Bei TA = 800 °C kann bereits allein durch Perlit, ein Großteil des Härteverlusts kompensiert werden, während bei TA = 740 °C Martensit oder Bainit notwendig ist, um einen deutlichen Härteanstieg zu erzielen. Eine weitere wichtige Beobachtung ist die ungleichmäßige Verteilung unaufgelöster Zementitpartikel, die zu variierenden Karbidabständen führt. Diese Variation beeinflusst die DET-Kinetik und resultiert in einem breiten Übergangsbereich anstelle einer scharfen Grenze zwischen DET und Perlit. Ergänzende Versuche haben gezeigt, dass längere Haltezeiten bei TA den Karbidabstand vergrößern und somit die Perlitbildung begünstigen. Dennoch sind weiterhin moderat erhöhte Abkühlraten erforderlich, da nur Perlit mit feinem Lamellenabstand eine signifikante Härtesteigerung bewirkt.