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Experimentelle Untersuchung und werkstoffgerechte Beschreibung verarbeitungsrelavanter mechanischer Eigenschaften von Waltzdraht aus Kaltfließpressstählen in Abhängigkeit von technologischen Parametern des GKZ-Glühens

Status laufend
Ziele

1. Wissenschaftlich fundiertes Ersetzen des aufwändigen GKZ Glühens auf hohem Einformungsgrad durch das wirtschaftlichere Weichglühen auf Fließeigenschaften
Hoch- bzw. höchstfeste Kaltumformteile werden in der Regel über die konventionelle Herstellungstechnologie Vergüten realisiert. Um dabei die für die Umformung erforderliche hohe Duktilität der Werkstoffe zu erzielen, werden diese der energie-, kosten- und zeitaufwändigen GKZ-Glühbehandlung (Glühen auf kugeligen Zementit unterzogen. Als Kriterium für eine ausreichende Glühdauer gilt derzeit ein Gefüge mit nahezu vollständig kugelig eingeformten Zementit, obwohl dieser hohe Einformgrad aus Sicht der Verarbeitungseigenschaften für viele Bauteilkomponenten nicht benötigt wird. Im vorliegenden Projekt soll daher wissenschaftlich fundiert ein Zusammenhang zwischen den Glühparametern und dem Einformungsgrad des Zementits auf der einen Seite und den verarbeitungsrelevanten Eigenschaften wie Fließspannung und Umformvermögen auf der anderen Seite erarbeitet werden, damit die Glühzeiten signifikant gekürzt bzw. für unterschiedliche Komponeneten gezielt abgestimmt werden können. Hauptforschungsziel ist es daher, ein wissenschaftlich fundiertes Ersetzen des aufwändigen GKZ-Glühens auf hohem Einformungsgrad durch das wirtschaftlichere Weichglühen auf Fließeigenschaften zu ermöglichen.

2. Bestimmung der Wirkung von Legierungselementen Cr, Mn und Mo auf das Auflösungs- und Koagulationsverhalten von Zementit
Zur Ausschöpfung des Potenzials von GKZ-Wärmebehandlungen soll die Wirkung der Legierungselemente Cr, Mn und Mo auf das Auflösungs- und Koagulationsverhalten von Zementit untersucht werden. Zu diesem Zweck wird die thermodynamische Modellierung der Auflösungskinetik des Zementits bei der Teilaustenitisierung mittels ThermoCalc/Dictra durchgeführt. Zur Aufstellung einer Korrelation zwischen dem Auflösungs- und Koagulationsverhalten des Zementits werden insgesamt vier ähnliche Zustände verschiedener Werkstoffe untersucht. Als Versuchswerkstoffe werden die Stahlsorten 35B2, 23MnB3, 32CrB4 und 42CrMo4 verwendet, wobei 35B2 als Referenzwerkstoff dient. Die Ergebnisse sollen eine funktionale Abhängigkeit zwischen der Temperatur und Dauer der Teilaustenitisierung und der Wirkung von einzelnen Legierungselementen auf das Auflösungs- und Koagulationsverhalten von Zementit zeigen.

3. Bestimmung des Einflusses von Parametern einer thermomechanischen Behandlung auf die Notwendigkeit und Kinetik der GKZ-Wärmebehandlung
Es soll hier für den Werkstoff 32CrB4 der Einfluss von Parametern einer thermomechanischen behandlung auf die Notwendigkeit und Kinetik der GKZ-Wärmebehandlung untersucht werden. Dazu sind am Umformsimulator GLEEBLE in einer stufenweisen Umformsimulation unterschiedliche Endwalztemperaturen im Bereich zwischen 1000 und 650° C in 50 K-Schritten abzufahren.

4. Entwicklung einer Wärmebehandlungsstrategie im Labormaßstab
Zum erfolgreichen Einsatz der entwickelten Wärmebehandlungsstrategie sollen die GKZ-Glühversuche im Labormaßstab unter industrienahen Bedingungen in den institutseigenen Umwälzluftöfen realisiert werden. Hierbei sollen die mechanischen und technologischen Eigenschaften der Proben mittels Härteprüfung (HV10), Zerreißversuch (Festigkeit, Dehnung sowie Brucheinschnürung als Maß des Umformvermögens) und des Tests zur Quer-Fließpressen charakterisiert werden.

5. Mikrostrukturelle Charakterisierung der Einformungszustände
Zur Erstellung eines Modells zur Mikrostrukturentwicklung unter Berücksichtigung der Einformungszustände werden LIM-REM-EBSD-EDX Untersuchungen durchgeführt, bei denen der Einformungszustand und das Gefüge an verschiedenen wichtigen Zuständen bestimmt werden, und zwar sowohl qualitativ, als auch quantitativ bzgl. der Größenverteilung der Phasen.

6. Aufstellung einer Methode zur Vorhersage von Fließeigenschaften
Es soll eine Methode zur Vorhersage der Fließeigenschaften aus den Weichglühparametern entwickelt werden. Dazu werden Abhängigkeiten, basierend auf den experimentellen Ergebnissen sowie den Erkenntnissen der Werkstoffsimulation aus dem "Virtuellen Labor" zwischen der Mikrostruktur, den Weichglühzeiten und den untersuchten verfahrenstechnischen Einflussparametern der Drahtwärmebehandlung auf der einen Seite und den resultierenden mechanischen Werkstoffeigenschaften auf der anderen Seite hergestellt.

7. Nachweis der Machbarkeit mit Demonstratorbauteilen
Es soll ein Nachweis der Machbarkeit der erarbeiteten werkstoff- und prozessgerechten Beschreibung verarbeitungsrelevanter Eigenschaften auf die gesamte industrielle Herstellungskette vom Walzen über das Glühen (mit optimierten Parametern)  bis zum fertigen Bauteil bei Industriepartnern erbracht werden.


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