Einstellung, Charakterisierung und Eigenschaften von bainitischen Mikrostrukturen in Schmiedestählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

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Einstellung, Charakterisierung und Eigenschaften von bainitischen Mikrostrukturen in Schmiedestählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

von Christoph Alexander Keul

 

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von hochfesten duktilen bainitischen (HDB) Stählen für die Massivumformung.

Es werden zu diesem Zweck drei Stähle mit mittlerem Kohlenstoff gehalt (0,22 Gew.%) untersucht, die sich in erster Linie in ihrem Chromgehalt (0 Gew. % (HDB 1) gegenüber 1,3 Gew. % (HDB 2 und HDB 3)) unterscheiden.

Aufgrund ihres Siliziumgehaltes von 1,5 Gew. % wird die Zementitbildung bei der Umwandlung unterdrückt und es bildet sich eine restaustenithaltige bainitsche Mikrostruktur aus.

Je nach Prozessführung entstehen unterschiedliche bainitische Morphologien, da das Gefüge von der Austenitkonditionierung vor der Phasenumwandlung sowie von der Temperaturführung beim Durchlaufen der bainitischen Umwandlung abhängig ist.

Die mechanischen Eigenschaften werden daher in Korrelation zur chemischen Zusammensetzung und Prozessführung gesetzt.

Zu diesem Zweck werden dilatometrische Untersuchungen zur Aufnahme der Phasenumwandlungskinetik sowie zur gezielten Einstellung der unterschiedlichen bainitischen Gefüge durchgeführt.
Die entstehenden bainitischen Mikrostrukturen werden bezüglich ihrer Primär- und Sekundärphase mittels Rasterelektronenmikroskopie und Röntgendiffraktometrie charakterisiert.

Die mechanischen Eigenschaften, die sich aus dem quasistatischen Zugversuch sowie Kerbschlagbiegeversuch ergeben, werden nach im Labor eingestellter isothermer und kontinuierlicher Phasenumwandlung sowie nach einer Gesenkschmiedung untersucht.

Die zu wählende Temperaturführung zur Einstellung optimaler Eigenschaftskombinationen aus Festigkeit und Zähigkeit ist werkstoff abhängig.

Das gewünschte hohe Anforderungsprofil an bainitsche Stähle kann durch eine homogene, feine bainitische Mikrostruktur, bestehend aus dünnen Ferritlanzetten und fi lmartiger Sekundärphase eingestellt werden.

Diese Struktur kann durch schnelle Umwandlungszeiten bei tiefen isothermen Umwandlungstemperaturen oder durch kontinuierliche Umwandlung bei Durchlaufen eines eingeschnürten Bainitbereichs erreicht werden. Diese Einschnürung wird durch einen erhöhten Chromgehalt eingestellt, da hierdurch die Bainitstarttemperatur Bs erniedrigt wird.
Bei der isothermen bainitischen Umwandlung hingegen führt die Erhöhung des Chromgehaltes insbesondere im oberen Temperaturbereich der Bainitbildung zu einer unvollständigen Phasenumwandlung, so dass bei dieser Werkstoff/Prozesskombination ein inhomogenes Gefüge erzeugt wird, wodurch Streckgrenze und Zähigkeit gleichzeitig herabgesetzt werden.

Zur Einstellung optimaler mechanischer Eigenschaften ist somit eine gezielte Temperaturführung bis zur Beendigung der Bainitumwandlung erforderlich.

2013 · 153 Seiten · 14,8 x 21,0 cm

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