der Elemente Niob, Titan und Vanadium sollen Festig keiten eingestellt werden, die nahe denen der Ver gü tungs stähle sind, jedoch den Prozessschritt des Anlassens einsparen (Bild 1). Die Mikro legie rungs elemente (MLE) mit ihren Nitrid- und Karbidaus schei - dungen beeinflussen zum ei nen die Austenit - korngröße und tragen zum an deren zur Aus - scheidungshärtung bei. Hier bei wirkt sich eine Titannitridbildung hemmend auf das Austenit kornwachstum bei der Er wär mung auf Schmiedetemperatur aus, während die Niobausscheidungen neben ihrer ausscheidungshärtenden Wirkung bei niedrigen Schmiedetemperaturen rekristallisationsbehindernd wirken und damit ebenfalls die Aus tenit kornvergröberung verzögern. Die Vana diumausscheidungen bilden sich in erster Linie nach der γ/α-Phasen umwandlung und wirken in diesem Bereich ausscheidungshärtend 1-4. Ergebnisse Die chemische Zusammensetzung der nach verschiedenen Variationen der Mikro le gie - rungs elemente als optimal gefundenen Stahl - legierung ist in Tabelle 1 dargestellt. Diese AFP-M-Legierung, die in Anlehnung an den AFP-Stahl 38MnVS6 erstellt wurde, wurde zusätzlich mit 0,029 Prozent Niob, 0,022 Prozent Titan sowie 0,19 Prozent Vana - dium mikrolegiert. Des Weiteren ist auf den Stickstoffgehalt von 210 ppm hinzuweisen, welcher in Abstimmung mit den Mikro legie - rungselementgehalten durch thermodynamische Berechnungen eingestellt wurde, um eine optimale Ausnutzung der Mikro le gie - rungs ele mente erzielen zu können. Der ther - mo dynamisch berechnete Aus schei dungs - gehalt aller MLE in der Variante AFP-M beträgt ~0,30 Prozent verglichen mit ~0,13 Prozent im konventionellen AFP-Stahl. Bei weiteren im Projektverlauf hergestellten Testschmelzen mit einem geringeren Stick stoffgehalt von ca. 120 ppm und gleichzeitig hohen Gehalten an Mikro legierungs - elementen zeigt sich bei TEM-Unter - suchungen eine deutliche Verminderung der feinen Vanadium aus scheidungen (~5 nm), da nicht mehr genügend Stickstoff nach der Phasenumwandlung für die Ausscheidungs - härtung durch Vanadiumnitrid zur Ver fü - gung steht. Diese Tatsache geht mit einer Abnahme der Festigkeitskennwerte und hierbei besonders der Streckgrenze einher. Dieses wiederum wirkt sich negativ auf die angestrebte Verbesserung des Streck - grenzen verhältnisses aus. Weitere Aus - scheidungen mit einer Größe von 5 bis 50 nm liegen vor, wobei die größten Aus - scheidungen TiN sind, weitere mit unterschiedlichen Größen sind (V,Nb)(C,N)- Ausscheidungen. Das Potenzial des Werkstoffes ein rein ferritisch/ perlitisches Gefüge zu erzeugen wird im schematischen ZTU-Schaubildausschnitt in Bild 2 dargestellt. Durch die Mikro - legierung wird das F/P-Phasenfeld bei höheren Abkühl geschwindigkeiten zu niedrigeren Tempe ra tu ren verschoben. Gleichzeitig dehnt sich das Bainit-Phasenfeld zu längeren Abkühlzeiten aus. Das angestrebte rein ferritisch/ perlitische Gefüge wird beim AFP-M entweder durch eine langsame kontinuierliche Abkühlge schwindigkeit oder durch eine verzögerte Abkühlung im Bereich des ferritisch/ per litischen Phasenfeldes im Bereich von ca. 600 °C erreicht. Eine Abkühlung in den vorderen Bereich des F/P-Phasenfeldes hinein mit anschließender verzögerter Abkühlung fördert durch die Unterkühlung die Ausbildung von feinlamellarem Perlit. Die empirische Formel zur Abschätzung des Perlitlamellenabstandes λ=15/ΔT mit einer Unterkühlung von ca. 70 K konnte mit der durchgeführten Messung von 0,22 μm verifiziert werden. Des Weiteren wird durch eine verzögerte Abkühlung die Bildung von Vanadiumausscheidungen bezweckt. Zum Vergleich der mechanischen Eigen - schaf ten wurden verschiedene Referenz bau - teile sowohl mit ihren Serienwerkstoffen als auch mit dem neu entwickelten mikrolegierten AFP-Stahl geschmiedet. Diese Referenz - bau teile sind ein Nfz-Achsschenkel und eine Kurbelwelle, welche serienmäßig aus dem Stahl 38MnVS6 gefertigt werden, sowie eine Spurstange, welche serienmäßig aus dem Stahl 27MnSiVS6 hergestellt wird. Aus dem neu entwickelten AFP-M-Stahl wurde zusätzlich ein Pkw-Radträger gefertigt. Das in Bild 2 dargestellte Umwandlungs ver - halten konnte bei den durchgeführten Test - schmiedungen mit variierender Prozess - führung verifiziert werden. Bild 3 zeigt beispielhaft die Mikro struk turen der geschmiedeten Bauteile. Das entstehende Gefüge beinhaltet die ferritische Phase auf den ehemaligen Austenitkorngrenzen mit einem Volumen gehalt von ca. 10 Prozent. Im Vergleich zum Referenzstahl ist dies eine Verminderung des Ferritgehaltes um ca. 10 Prozent. Das perlitische Gefüge mit einem Volumengehalt von ca. 90 Prozent Schmiede-Journal März 2010 43 C Si Mn S Mo N Nb Ti V AFP-M 0,36 0,68 1,44 0,026 0,03 0,021 0,029 0,022 0,19 AFP 0,38 0,60 1,40 0,050 0,04 0,010 - - 0,10 Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung in Massen-Prozent des entwickelten mikrolegierten AFP-M-Stahls sowie des AFP-Referenzstahles 38MnVS6. Spektrum Bild 2: Vergleich des Umwandlungsverhaltens zwischen AFP und AFP-M-Stahl.
2010-03-Schmiede-Journal
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