Toughness of Fe-Base Materials Containing Hard Phases
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André Oppenkowski
Abstract
In the present work the toughness of powder metallurgical tool steels and Metal Matrix Composites (MMC) is being investigated, specifically the influences of heat treatment and the addition of hard phases on the fracture toughness KIc. The experimental materials are cold work tool steel X230CrVMo13-4 as well as hot work tool steel X40CrMoV5-1 with coarse hard phases of the type titanium carbide (TiC), and fused tungsten carbide (FTC) in contents of 0, 10 and 30 vol.-%. The materials were produced by hot isostatic pressing and subsequently heat treated by quenching and tempering in two essentially different treatments. The fracture toughness KIc was measured at precracked three point bending specimens. Fractographical investigations should characterize the fracture formation, progression and mechanism and give information about the influences of microstructure components on the fracture toughness. The experiments showed that generally an addition of coarse hard phases leads to a large decrease in fracture toughness. However, in case of powder metallurgically produced hot work tool steel X40CrMoV5-1, an increase in fracture toughness was achieved by adding 10 vol.-% of fused tungsten carbide. Even an addition of 30 vol.-% FTC exhibits KIc values in the region of a pure cold work matrix. Furthermore it is shown that retained austenite positively affects the fracture toughness
Kurzfassung
Zähigkeit von Eisenwerkstoffen mit Hartstoffzugabe. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Zähigkeit von pulvermetallurgisch hergestellten Werkzeugstählen und Metal Matrix Composites (MMC). Im Vordergrund stand hierbei, den Einfluss von Wärmebehandlung und Hartstoffzugabe auf die Bruchzähigkeit zu charakterisieren. Untersucht wurde der Kaltarbeitsstahl X230CrVMo13-4, sowie der Warmarbeitstahl X40CrMoV5-1 unter Zugabe von Wolframschmelzkarbid (WSC) und Titankarbid (TiC) in Gehalten von 0, 10 und 30 Vol.-%. Die verwendeten Versuchsmaterialien wurden durch Heiß Isostatisches Pressen hergestellt und anschließend wärmebehandelt. Die Bestimmung der Bruchzähigkeit erfolgte in zwei unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen an angeschwungenen Dreipunktbiegeproben. Fraktographische Untersuchungen sollten die Bruchentstehung, den Bruchverlauf und die Bruchmechanismen charakterisieren und einen Aufschluss über den Einfluss der Gefügebestandteile auf die Bruchzähigkeit liefern. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine Zugabe von groben Hartphasen generell zu einer starken Abnahme der Bruchzähigkeit führt. Im Gegensatz dazu wurde für den pulvermetallurgisch hergestellten Warmarbeitsstahl X40CrMoV5-1 durch Zugabe von 10 Vol.-% WSC eine Steigerung der Bruchzähigkeit gegenüber dem reinen Matrixwerkstoff erreicht. Selbst mit einem Hartphasengehalt von 30 Vol.-% konnten noch Werte in der Größenordnung der reinen X40-Matrix erzielt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich im Gefüge vorhandener Restaustenit positiv auf die Bruchzähigkeit auswirkt.
References
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© 2008, Carl Hanser Verlag, München
Artikel in diesem Heft
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Interaction of Cracks and Dislocations with Grain Boundaries Investigated by Focus Ion Beam Microscopy and Nanoindentation Technique
- Zusammenhang zwischen der Höchstwertstatistik der Porosität und der Schwingfestigkeit von Sinterstahl
- Gefüge und Eigenschaften verbundextrudierter Aluminiumlegierungen
- PHYBAL — Kurzzeitverfahren zur Berechnung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe auf der Basis physikalischer Messgrößen
- Toughness of Fe-Base Materials Containing Hard Phases
- Sicherheitsnachweis von fehlerbehafteten Bauteilen und Komponenten bei elastisch-plastischer, zyklischer Beanspruchung
- Effect of Domestic Dolomite Additives Used in the Refractory Production
- Vorschau/Preview
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