Einfluss der Prozesskette auf die Feinkornbeständigkeit von mikrolegierten Einsatzstählen

Trute, Sebastian; Bleck, Wolfgang

doi:HT015835966

Einfluss der Prozesskette auf die Feinkornbeständigkeit von mikrolegierten Einsatzstählen = Process chain effect on grain size stability of microalloyed case hardening steels

Trute, Sebastian

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sebastian Trute

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangVI, II, 135 S. : Ill., graph. Darst. ; 21 cm

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Bleck, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-12-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26597
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50585/files/Trute_Sebastian.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Einsatzstahl (Genormte SW) ; Mikrolegierter Stahl (Genormte SW) ; Einsatzhärten (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Hochtemperaturaufkohlung (frei) ; case hardening steel (frei) ; microalloying (frei) ; case hardening (frei) ; high temperature carburising (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Bei der Fertigung von Bauteilen aus Einsatzstählen bieten aufgrund der Kostenverteilung die Bereiche mechanische Bearbeitung und Wärmebehandlung ein großes Einsparpotenzial. Durch eine Erhöhung der Aufkohlungstemperatur von heute ca. 950°C auf beispielsweise 1050°C lassen sich - aufgrund der Beschleunigung der Übergangs- und Diffusionsvorgänge - signifikante Prozesszeitverkürzungen erzielen. Wird die Aufkohlungstemperatur erhöht, ist jedoch zu beachten, dass eine Misch- oder Grobkornbildung des Austenits vermieden wird. Die Korngröße ist jedoch eine Systemeigenschaft die durch nahezu jeden Schritt in der Prozesskette von der Stahlherstellung bis zur Einsatzhärtung beeinflusst wird. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses des Herstellungsprozesses auf die Feinkornstabilität von Einsatzstählen. Zur Simulation des Warmumformpro-zesses wurden im Labormaßstab Stauchversu¬che an zwei Standardwerkstoffen (16MnCr5 / 20NiCrMo2) sowie zwei Nb-legierten Einsatzstählen (16MnCr5Nb / 20NiCrMo2Nb) durchgeführt. Eine Steigerung der Feinkornstabilität während der Einsatzhärtung ist ausschließlich von der Größe der vorliegenden Ausscheidungen abhängig. Dabei reicht eine Betrachtung der mittleren Ausscheidungsgröße jedoch nicht aus, da die Ausscheidungsverteilung mit jedem weiteren Prozessschritt - also auch der Einsatzhärtung selbst - verändert wird. Für die untersuchten Werkstoffe konnte gezeigt werden, dass bei einer Umformung unterhalb einer werkstoffspezifischen Umformtemperatur T1 im Bereich der Halb-warmumformung die Feinkornstabilität primär vom Anlieferungszustand bestimmt wird, da die niedrigere Temperatur durch unzureichende Diffusion eine Veränderung der Ausscheidungsmorphologie verhindert. Wird T1 überschritten, so ist die Kornwachstumstemperatur bei einer anschließenden Einsatzhärtung eine Funktion des Umformgrades. Mit zunehmendem Umformgrad steigt dabei die Gefahr, dass unzulässiges Kornwachstum stattfindet. Wird die Umformtemperatur weiter erhöht und übersteigt sie die werkstoffspezifische Temperatur T2, (Warmumformung), so ist nicht mehr mit dem Auftreten von unzulässigem Kornwachstum in Abhängigkeit der Umformung zu rechnen, sofern der Werkstoff ausreichend Mikrolegierungselemente sowie ein angepasstes Al/N-Verhältnis enthält.

Considering the processing of case hardening steel components, the machining as well as the heat treatment offer great capability for cost savings. By increasing the carburising temperature from today approximately 940°C up to e.g. 1050°C significant process time reductions are achievable due to the acceleration of diffusion and absorption processes. While increasing the carburising temperature, the appearance of prohibited coarse austenite grains has to be avoided. However the former austenite grain size is an attribute of the overall process chain from steel melting to case hardening. In this work, the influence of the manufacturing process on grain size stability of case hardening steels has been investigated. To simulate the hot forming process in laboratory scale compression tests (Rastegaev samples) have been performed to different standard steel grades (16MnCr5 / 20NiCrMo2) as well as two micro-alloyed (16MnCr5Nb / 20NiCrMo2Nb) steel grades. An increase in grain size stability during carburising simply depends on the size of precipitates. Unfortunately the use of a mean precipitate size is not significant, because the size distribution is modified by every single process step - even the case hardening itself. The results of this work show, that if deformation is carried out by warm deformation below a specific temperature T1 - which is a function of the chemical composition - grain size stability is assessed by the condition of precipitates upon delivery. The low temperature prevents a change in precipitate morphology by low diffusion. Increasing the deformation temperature the grain size stability during following case hardening depends on the deformation degree. The higher the deformation degree, the bigger is the risk of illegal grain coarsening. With a further increase of the deformation temperature - above a specific temperature T2 - no dependence of grain coarsening temperature and deformation degree is observed, assumed that the material contains an adequate content of micro-alloying elements Nb and Ti as well as Al and N.

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