Thermomechanische Behandlung von hochlegierten martensitischen nichtrostenden Stählen für komplexe Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Dr.-Ing. Enrique Meza García
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334485458

Hochlegierte martensitische nichtrostende Stähle zeichnen sich neben ihrer Korrosionsbeständigkeit durch eine hohe Härte und Festigkeit aus. Die Herstellung von Bauteilen aus diesen Stählen erfolgt gegenwärtig durch Kaltumformung des weichgeglühten Zustandes. Erst nach der Formgebung erfolgt die Einstellung der gewünschten mechanischen Eigenschaften durch Härten und Anlassen. Für die Herstellung komplexer Bauteile sind die mit einer Kaltumformung erzielbaren Umformgrade jedoch oftmals nicht ausreichend. Diesem Nachteil kann mit einer thermomechanischen Behandlung (TMB), d. h. einer Umformung bei erhöhten Temperaturen mit gezielter Steuerung des Umform- und Temperaturregimes, begegnet werden. Die TMB stellt dabei den Anwender vor grundsätzliche prozesstechnische und werkstoffwissenschaftliche Herausforderungen, da verschiedene metallphysikalische Prozesse (Phasenumwandlung, Rekristallisation, (Chrom-)Carbidbildung) ablaufen, die die Verarbeitungs- (Umformbarkeit) und Gebrauchseigenschaften (Härte, Festigkeit, Korrosionsverhalten) stark beeinflussen. Diese Einflüsse sind bisher für die martensitischen nichtrostenden Stähle unzureichend erforscht. Im geplanten Vorhaben sollen die maßgeblichen Prozessparameter seitens der Umformung und Wärmebehandlung (Austenitisierungstemperatur, Haltezeit, Umformgrad, -temperatur und -geschwindigkeit) bei der TMB dieser Stähle systematisch erforscht werden. Damit sollen einerseits die kritischen Randbedingungen der Prozessführung ermittelt und andererseits die durch die TMB beeinflussten metallphysikalischen Vorgänge sowie die mikrostrukturellen Veränderungen und ihr Einfluss auf die Ausscheidungs- und Umwandlungskinetik identifiziert werden. Im Arbeitspro-gramm werden anhand von Dilatometrie, Metallographie und instrumentierter Eindringprüfung Schaubilder der umformend beeinflussten Zeit-Temperatur-Umwandlungs- bzw. Austenitisierungsvorgänge (ZTU, ZTA, UZTU) erstellt und resultierende Mikrostrukturen analysiert. Das Versuchsprogramm wird durch thermodynamische Berechnungen ergänzt. Anhand von Warmfließkurven, temperierten Näpfchenzieh- und Tiefungsversuchen sowie Untersuchungen zum Grenzformänderungsvermögen wird die Umformbarkeit bewertet. Zur Charakterisierung der Gebrauchseigenschaften werden Härtemessungen und Zugversuche durchgeführt. Das Korrosionsverhalten wird anhand potentiodynamisch ermittelter Stromdichtepotentialkurven bewertet. Unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung werden das Versuchsprogramm erstellt und Relationen zwischen Prozessparametern und Verarbeitungs-/Gebrauchseigenschaften identifiziert. Darauf aufbauend werden phänomenologische Modelle erstellt, die in einer multivariablen Optimierung genutzt werden sollen, um Prozessfenster für die TMB zur Erzielung vorgegebener Eigenschaften zu definieren. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen stabile TMB-Prozessführungen erforscht werden, die zu einer erweiterten Anwendbarkeit martensitischer nichtrostender Stähle führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen