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Entwicklung einer Stahllegierung zur Erzeugung metastabiler, austenitischer Gefüge

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Published/Copyright: May 31, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 65 Issue 6

Kurzfassung

In den letzten Jahren wurde das “mechanisch induzierte Härten” (MIH) als neues “wärmebehandlungsfreies” Produktionsverfahren zur Herstellung von randschichtverfestigten Stahlbauteilen entwickelt. Die Randschichthärtung wird als mechanisch induzierte martensitische Phasenumwandlung in die Fertigungslinie integriert. Neben der lokalen Härtung von Funktionsflächen eines Bauteils wird auch eine deutliche Verkürzung der Produktionsdauer ermöglicht. Zudem kann durch die Einsparung einer abschließenden Wärmebehandlung der Energieverbrauch und die damit verbundene CO2-Emission verringert werden. Voraussetzung für die Durchführung ist ein Werkstoffzustand mit hohem Anteil an metastabilem Austenit, der bei der Halbzeugherstellung eingestellt wird. Untersuchungen an kommerziell erhältlichen Stählen ergaben, dass das Verfahren ein hohes Anwendungspotenzial aufweist. Bei Einsatz einer für diesen Zweck ausgelegten Stahllegierung kann dies weiter gesteigert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung dieser Stahllegierung, die speziell für die Erzeugung eines metastabil austenitischen Gefüges ausgelegt ist. Die Gefügecharakterisierung der neuen Legierung erfolgte durch OES (Optische Emissionsspektrometrie) und Metallographie, das Umwandlungsverhalten wurde dilatometrisch untersucht. Die unterhalb der Raumtemperatur (RT) liegende Martensitstarttemperatur (Ms-Temperatur) wurde durch Dehnungsmessung bei der Tiefkühlung ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein vollständig austenitisches Gefüge mit feinen kugelförmigen Carbiden in der Stahllegierung bei RT eingestellt werden kann. Die Stabilität des austenitischen Gefüges kann in großem Umfang variiert werden. Die Eigenschaften der neuen Stahllegierung sind für die Weichbearbeitung und die Randschichthärtung durch mechanisch induzierte Martensitumwandlung geeignet.

Abstract

In the last few years the “mechanically induced hardening” (MIH) has been developed as a new “heat treatment free” production method for the production of surface hardened steel components. Here, the surface hardening is based on a mechanically induced martensitic phase transformation and it is integrated into the production line. This enables a significant shortening of the production duration besides the local hardening of functional surface areas of a component. Moreover, the energy consumption and the associated CO2 emission can be reduced by omitting the final heat treatment. A prerequisite for the execution is a material condition with high amount of metastable austenite which is created by the production of the half-finished product. Experiments at commercially available steels showed that the method has a high application potential. The potential can be increased by the use of a steel alloy which is designed for this special application. The present work describes the development of the steel alloy which was designed especially for the production of a metastable austenitic microstructure. The characterization of the new steel alloy was accomplished by OES (optical emission spectroscopy) and metallography, the phase transformation behavior was examined dilatometrically. The martensite start temperature (Ms-temperature) below room temperature (RT) was determined by strain measurement during cryogenic cooling. The results show that a complete austenitic microstructure with fine spherical carbides can be created in the steel alloy at RT. The stability of the austenitic microstructure can be varied in a large range. The properties of the new steel alloy are suitable for soft machining and for surface hardening by mechanically induced martensic transformation.

Schlüsselwörter: neue Stahllegierung; metastabiler Austenit; Martensitumwandlung; Randschichthärten
Keywords: new steel alloy; metastable austenite; martensitic transformation; surface hardening

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Online erschienen: 2013-05-31
Erschienen im Druck: 2010-12-01

© 2010, Carl Hanser Verlag, München

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Keywords for this article
new steel alloy; metastable austenite; martensitic transformation; surface hardening

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