Einsatz von TRIP-Stählen für die Herstellung von Quasi-Massiven Bauteilen
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projektes bestand darin, verschiedene Varianten der unkonventionellen thermomechanischen Behandlung bei Umformungsprozessen mit inkrementellen Verformungen für zwei Legierungsstrategien niedriglegierter TRIP-Stähle vorzuschlagen und zu erproben. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung eines neuen Verfahrens der thermomechanischen Behandlung dieser Stähle unter Verwendung der anisothermischen Verformung beim Bohrungsdrücken. Von beiden Stähle wurden ZTU- und UZTU-Diagramme mit Hilfe eines Dilatometers erstellt. Aufgrund der Kenntnisse dieses zeitlichen Umwandlungsverhaltens der Werkstoffe wurden neue Konzepte der thermomechanischen Behandlung vorgeschlagen. Das gesamte Optimierungs- und Entwicklungsverfahren wurde durch einen selbst konzipierten und von der DFG geförderten thermomechanischen Simulator ermöglicht. Diese Prüfanlage gewährte, die Bedingungen der technologischen Prozesse zu imitieren und gleichzeitig alle ausschlaggebenden Parameter zu kontrollieren. Dabei wurden für das thermomechanische Simulieren erprobte, voroptimierte Probegeometrien verwendet, was ermöglichte, die Werkstoffforschung und die bereits erwähnte Optimierung der mechanischen Endeigenschaften mit kleinen, aber ausreichend großen Proben zu realisieren. Zunächst wurde ein Versuch der Implementierung der in den Technologien der Flachproduktfertigung verwendeten klassischen isothermischen Umformung durchgeführt. In Anbetracht dessen, dass diese Strategie für die Prozesse der inkrementellen Verformung ungeeignet ist, wurde schrittweise ein Verfahren entwickelt und optimiert, das die isothermische durch eine anisothermische Umformung ersetzt. Dies erweitert das Intervall der technologischen Parameter wesentlich und führt dadurch zur Stabilisierung des technologischen Prozesses. Durch eine stufenweise Optimierung wurden sehr feine Ferrit-Bainit-Gefüge mit einer mittleren Ferritkorngröße von 2 m erreicht. Dadurch wurde eine extrem intensive Gefügeverfeinerung gewonnen, die sich der bisher bekannten, durch eine thermomechanische Behandlung erreichbaren Grenze nähert. Diese Gefüge beinhalteten über 60% Ferrit mit einem Restaustenitanteil von über 10%. Der Rest wurde von Bainit gebildet. Bei diesen Gefügen wurde eine relativ hohe Festigkeit um 850-900 MPa mit einer Streckgrenze um 550 MPa bei einer Dehnung von über 30% gemessen. Diese guten Ergebnisse wurden bei beiden Legierungsstrategien C-Mn-Si (T1) und C-Mn-Si-Nb (T2) erreicht. Ein sehr interessantes Ergebnis stellt die Erkenntnis dar, dass es bei dem Stahl mit Niobzusatz unter definierten Verformungsbedingungen zur Verschiebung der unteren Grenze der möglichen Verformungstemperatur bis um 100°C nach unten kommen kann. Durch die Modellstrategien wurde nachgewiesen, dass ein geeignetes, zum TRIP-Effekt fähiges Gefüge bei der Verformung bis zur Temperatur von 600°C entstehen kann. Da die angegebenen Werkstoffe für Umformungsprozesse verwendet werden sollen, bei denen das Erreichen einer hohen Oberflächenqualität des Produktes vorausgesetzt wird, wurden Untersuchungen zur Intensität der Oberflächenoxidation und der Zunderschichtbildung durchgeführt. Gleichzeitig wurde der Einfluss auf die Intensität der Entkohlung der Oberflächenschicht untersucht. Anhand dieser Ergebnisse wurden Modelle für die angeführten Degradationsprozesse erstellt. Beide Legierungsstrategien wiesen überzeugend gute Eigenschaften mit relativ hoher Widerstandsfähigkeit gegen die Hochtemperaturoxidation auf. Im Vergleich mit anderen kohlenstoffarmen Stählen, z.B. mit 20MoCrS4, war die Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturoxidation etwa dreimal so groß. Diese Ergebnisse führen zur Überlegung, diese neuen Legierungsstrategien in unkonventionellen Umformungsketten und Ketten der thermomechanischen Behandlung anzuwenden. Insgesamt kann anhand der angeführten Ergebnisse geschlossen werden, dass sich die niedriglegierten TRIP-Stähle für die Anwendung in technologischen, inkrementelle Verformung nutzenden Ketten als geeignete Werkstoffe erweisen, da sie eine sehr gute Kombination sowohl technologischer Herstellbarkeit als auch gute mechanischer Endeigenschaften aufweisen.
Publications
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Einfluss der thermomechanischen Behandlung mit inkrementellen Deformationen auf die Eigenschaften von TRIP-Stählen. SVOC 2008, Westböhmische Universität in Pilsen, 2008, ISBN 978-80-7043-667-1
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Einsatzmöglichkeiten der konfokalen Laser-Raster-Mikroskopie. Beitrag der Metallographie für die Lösung von Herstellungsproblemen, 2008, ISBN 978-80-01-04039-3
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Influence of Austenitization Temperature and Number of Incremental Steps on Structure Development of TRIP-Steel. Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium Intelligent Manufacturing & Automation: Theory, Practice & Education, 2009, Vol. 20, No. 1, pp. 1461-1462, ISSN 1726-9679, ISBN 978-3-901509-70-4
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