Abschreck- und Umformdilatometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
An einer Außenstelle der Bergischen Universität Wuppertal in Solingen ist 2014 der Lehrstuhl für Neue Fertigungstechnologien und Werkstoffe als neuer Forschungsstandort entstanden. Der fachliche Schwerpunkt liegt auf der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, insbesondere auf anwendungsnaher Forschung zu metallischen Werkstoffen. Das im Rahmen des Großgeräteantrags neu beschaffte Abschreck- und Umformdilatometer kam in mehreren Forschungsvorhaben zum Einsatz, deren wichtigsten Ergebnisse im Folgenden zusammengefasst werden. Das Forschungsvorhaben "Ressourceneffiziente Produktion formgeschliffener metallischer Produkte mit nachfolgendem Up-Cycling der Prozessabfallstoffe" beschäftigte sich mit der Rezyklierung von Schleifschlämmen und den darin enthaltenen metallischen Schleifspänen. Das Dilatometer wurde zur Charakterisierung des Umwandlungsverhaltens von Rezyklat aus einem hochlegierten Werkzeugstahl verwendet, dessen Verdichtung zuvor über einen Sinterprozess erfolgte. So wurde untersucht, ob sich die Aufkohlung des Werkzeugstahls positiv im Sinne einer Absenkung der Martensit-Starttemperatur nutzen lässt, um die additive Fertigung mit den Mikrospänen als Rohstoff zu verbessern. In einem anderen Kontext erfolgten Kurzzeitwärmebehandlungen an Feinstblechen aus martensitischem Chromstahl, die eine Dicke von 70 bis 100 µm aufweisen. Die Herausforderung lag in der Probenherstellung. Ein neuartiges Verfahren ermöglichte das Biegen der Feinstblechstreifen zu Hohlzylindern, sodass das dünne Probenmaterial für Dilatometerversuche vorbereitet werden konnte. Das geringe Probenvolumen ermöglichte sehr hohe Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Druckguss-ADI: Entwicklung einer druckgussfähigen ADI-Legierung und eines zugehörigen Druckgussverfahrens mit integraler Wärmeführung" wurde die Bainitisierung einer Gusseisenlegierung (GJS500-7) anhand kontinuierlicher und isothermer Messungen untersucht. Die Versuche lieferten Parameter für die Wärmebehandlung und die Implementierung in einen Fertigungsprozess. Diese Ergebnisse bildeten den Grundstein für die anschließende Legierungsentwicklung. Zudem wurden Ms- und Mf-Temperaturen eines neu entwickelten nichtrostenden martensitischen Cr-Stahls innerhalb des Projektes "KorWearMat" durch Dilatometerversuche gemessen und eine neuartige Wärmebehandlung ("Gestufte Austenitisierung") zur Optimierung der Zähigkeit und der Korrosionsbeständigkeit von Cr-Gussstählen entwickelt. Im geförderten Projekt "Einfluss der lokalen chemischen Zusammensetzung auf die mikrostrukturelle Stabilität und lokale Verformungsmechanismen in Relation zur Wasserstoffversprödung von fcc Legierungen auf Fe-Basis" wurden verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Austenitstabilität von thermisch metastabilen austenitischen nichtrostenden Stählen geprüft und mit empirischen Gleichungen korreliert. Die Ms-Temperatur wurde experimentell mittels Dilatometerversuchen im Cryo-Modus bestimmt, wodurch eine martensitische Umwandlung unterhalb der Raumtemperatur nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse bestätigten die thermische Instabilität der untersuchten Legierungen. Schließlich konnten durch die Verwendung des Deformationsmodus ein Schmiedeprozess sowie die darauf folgenden Wärmebehandlungsschritte simuliert werden. Im Rahmen eines weiteren Forschungsvorhabens wurde die Einbindung der Wärmebehandlung in die Abkühlphase nach dem Schmiedeprozess entwickelt, um eine Verkürzung der Prozesskette und eine Energieeinsparung zu erreichen. Die umformdilatometrischen Versuche bilden in diesem Kontext die experimentelle Grundlage zur Bestimmung von UZTU-Diagrammen, die wiederum in eine Simulation der Schmiede- und Wärmebehandlungsprozesse einfließen. Insgesamt hat das Abschreck- und Umformdilatometer die experimentellen Möglichkeiten erheblich erweitert und sich in mehreren Forschungsvorhaben als nützliches und zuverlässiges Instrument erwiesen hat. Weitere Fragestellungen befinden sich derzeit in Bearbeitung und sollen das Potential des Gerätes weiter ausschöpfen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Bildungskinetik metastabiler Gefügezustände in legierten Vergütungsstählen, Posterbeitrag: Gefüge und Bruch, Ruhr-Universität Bochum
Schmidtseifer, N.; Wieczorek, L. & Weber, S.
-
Handling of Blackplate in Metallographic Preparation and Heat Treatment Optimization via Quenching Dilatometry. Practical Metallography, 56(1), 34-47.
Schmidtseifer, N. & Weber, S.
