Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Warmarbeitsstahl für Schmiedewerkzeuge entwickelt, der durch eine gezielte Absenkung der werkstoffspezifischen Austenitstarttemperatur Ac1b, bei gleichzeitiger Einstellung der für einen Schmiedeprozess notwendigen mechanischen Eigenschaften, den Effekt der zyklischen Randzonenhärtung als systemimmanenten Verschleißschutz nutzbar macht. Die Grundlage der Entwicklung bildeten Legierungsmodifikationen auf Basis des kommerziell verfügbaren Warmarbeitsstahls 32CrMoV12-28 (Werkstoff-Nr. 1.2365) mit erhöhten Massenanteilen der Austenit stabilisierenden Elemente Mangan, Nickel und Kobalt. Durch eine ganzheitliche Betrachtung der Auswirkungen der in variierenden Mengen hinzulegierten Elemente auf das Umwandlungsverhalten, die mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie den für den Verschleißschutz erforderlichen Effekt der zyklischen Randzonenhärtung konnte eine Legierungsmodifikation mit Massenanteilen von 2,0 % Mangan und 1,6 % Nickel als erfolgversprechendste Variante identifiziert werden. Diese wurde an Schmiedewerkzeugen mit unterschiedlichen Beanspruchungskollektiven im industriellen Umfeld eingesetzt, wodurch eine Bewertung der Leistungsfähigkeit des modifizierten Warmarbeitsstahls in der Praxis unter Berücksichtigung erzielbarer Standmengen ermöglicht wurde.
Aktualisiert: 2020-01-17
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Warmarbeitsstahl für Schmiedewerkzeuge entwickelt, der durch eine gezielte Absenkung der werkstoffspezifischen Austenitstarttemperatur Ac1b, bei gleichzeitiger Einstellung der für einen Schmiedeprozess notwendigen mechanischen Eigenschaften, den Effekt der zyklischen Randzonenhärtung als systemimmanenten Verschleißschutz nutzbar macht. Die Grundlage der Entwicklung bildeten Legierungsmodifikationen auf Basis des kommerziell verfügbaren Warmarbeitsstahls 32CrMoV12-28 (Werkstoff-Nr. 1.2365) mit erhöhten Massenanteilen der Austenit stabilisierenden Elemente Mangan, Nickel und Kobalt. Durch eine ganzheitliche Betrachtung der Auswirkungen der in variierenden Mengen hinzulegierten Elemente auf das Umwandlungsverhalten, die mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie den für den Verschleißschutz erforderlichen Effekt der zyklischen Randzonenhärtung konnte eine Legierungsmodifikation mit Massenanteilen von 2,0 % Mangan und 1,6 % Nickel als erfolgversprechendste Variante identifiziert werden. Diese wurde an Schmiedewerkzeugen mit unterschiedlichen Beanspruchungskollektiven im industriellen Umfeld eingesetzt, wodurch eine Bewertung der Leistungsfähigkeit des modifizierten Warmarbeitsstahls in der Praxis unter Berücksichtigung erzielbarer Standmengen ermöglicht wurde.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Warmarbeitsstähle enthalten einen hohen Anteil karbidbildender Legierungselemente, die zu den ressourcenkritischen Rohstoffen zählen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Legierungskonzeptes, bei dem ein Teil der karbidbildenden Elemente durch intermetallische Phasen auf Basis leichter verfügbarer Rohstoffe substituiert wird.
Geeignete intermetallische Ausscheidungen wurden auf Grundlage ihrer chemischen Zusammensetzung, Phasenstabilität und benötigten Legierungsgehalte ausgewählt. Entsprechende Legierungskonzepte wurden umgesetzt und hinsichtlich erreichbarer Eigenschaften sowie notwendiger Legierungsgehalte optimiert. Das Eigenschaftsprofil gängiger Warmarbeitsstähle wurde in Bezug auf die Härtbarkeit, Zähigkeit, Warmfestigkeit, Warmhärte und Wärmeleitfähigkeit erreicht. Gegenüber dem Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 konnten die Anlassbeständigkeit und Beständigkeit bei thermischer Langzeitbeanspruchung deutlich gesteigert werden.
Mit der Ausscheidung intermetallischer β-NiAl Phasen wurde der Anteil karbidbildender Elemente im Vergleich zum Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 um bis zu 68 % verringert. Gleichzeitig konnten die Kosten für den Legierungszuschlag reduziert werden.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Bei Schmiedegesenken findet ein besonders starker Verschleiß an konvexen Radien der Gesenkgravur, wie z.B. Dornen oder Zapfen, statt. Bereits nach dem ersten Schmiedezyklus bildet sich in diesen Radien auf Grund des vorliegenden Temperatur- und Druckprofiles eine feinkörnige, in Schliffbildern weiß erscheinende Schicht. Infolge der austenitischen Umwandlung des Gefüges und des anschließenden Abschreckprozesses besteht diese weiße Schicht aus umgeformtem Martensit. Das tiefer liegende Gefüge wird zyklisch weichgeglüht, wodurch seine a/?-Umwandlung zu höheren Temperaturen verschoben wird. Tritt dieses Gefüge durch Abtrag der härteren Randschicht an die Oberfläche, so wird der Verschleißfortschritt beschleunigt, da keine erneute Härtung stattfinden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Legieren des Warmarbeitsstahles 1.2365 mit 2 Ma. % Mangan eine Absenkung der Ac1b-Temperatur von 65 °C bewirkt. Hierdurch wird die harte weiße Schicht stärker ausgebildet und der Verschleiß signifikant reduziert. Weiterhin tritt bei höheren Schmiedezyklenzahlen bei der modifizierten Legierung eine erneute Härtung des Randschichtgefüges auf.
Aktualisiert: 2019-10-17
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