The Effect of Boron on a Cr-Mo-V Hot-Work Tool Steel

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wirkung von Bor auf die Phasenumwandlungen und die Mikrostrukturentwicklung eines Cr-Mo-V Warmarbeitsstahls untersucht. Zur Analyse einer Standardlegierung und einer borhaltigen Legierung wurden Dilatometrie, Hochtemperatur-Laser-Scanning-Konfokalmikroskopie (HT-LSCM), optischer Mikroskopie, Elektronenrückstreubeugung (EBSD), Hochenergie-Röntgenbeugung (HE-XRD) und Härteprüfung eingesetzt. Das gelieferte Material wies eine heterogene Mikrostruktur mit abwechselnd groben, karbidarmen und feinen, karbidreichen Bereichen auf. Letztere enthielten Cr-reiche und Mo-reiche Karbide, während die karbidarmen Bereiche nur Cr-reiche Karbide aufwiesen, was auf eine Makrosegregation während des Blockgusses als Ursache für lokale Kohlenstoffschwankungen hindeutet, die das Umwandlungsverhalten beeinflussen. HT-LSCM-Beobachtungen zeigten, dass die Austenitisierung bei 1020 °C zu einer teilweisen Auflösung feiner Karbide und einem moderaten Kornwachstum führte, während bei 1100 °C eine umfangreiche Karbidauflösung zu einer übermäßigen Kornvergröberung führte. Die Dilatometrie bestätigte, dass die Martensitstarttemperatur (MS) mit steigender Austenitisierungstemperatur in der Standardlegierung abnahm, im bormodifizierten Stahl jedoch zwischen 1000 und 1020 °C nahezu konstant blieb. Kontinuierliche Kühlversuche zeigten, dass Bor nur einen geringen Einfluss auf die martensitische Umwandlung hatte, jedoch diffusionsgesteuerte Umwandlungen beeinflusste. Bei niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten zeigte der borhaltige Stahl eine leichte Verringerung der Perlitbildung, während bei höheren Geschwindigkeiten das Umwandlungsverhalten bei beiden Legierungen ähnlich war. Bor erhöhte die Bainitstarttemperatur um bis zu 30 °C, obwohl dieser Effekt bei schnellerer Abkühlung abnahm. Bei 20 K/s bildeten beide Legierungen vollständig martensitische Mikrostrukturen mit minimalem Restaustenitgehalt. Die Härte stieg von etwa 400 HV10 bei niedrigen Abkühlungsgeschwindigkeiten auf 670 HV10 bei hohen Geschwindigkeiten, wobei die borhaltige Legierung unter mittleren Bedingungen geringfügig höhere Werte aufwies. Insgesamt wirkte sich Bor hauptsächlich die bainitische Umwandlung aus, hatte nur minimalen Einfluss auf die Perlitbildung und keinen Einfluss auf die Martensitumwandlung, während nur geringfügige Änderungen der Härte festgestellt wurden. Seine begrenzte Wirkung auf Martensit ist wahrscheinlich auf die teilweise Einlagerung in stabile Karbide zurückzuführen. Zukünftige Arbeiten sollten sich auf die Homogenisierung des Ausgangsmaterials und die Auswirkungen des Bors bei höheren Abkühlgeschwindigkeiten und während des Anlassens untersuchen, um die Wärmebehandlung für eine verbesserte Werkzeugstahlleistung zu optimieren.