Integrierte HIP-Wärmebehandlung von Schnellarbeitsstahl
Einfluss einer integrierten HIP-Wärmebehandlung auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften eines PM-Werkzeugstahls: Experiment und Simulation
Motivation
Das Heißisostatische Pressen (HIP) ist ein Fertigungsverfahren, das unter anderem zur Konsolidierung von Metallpulvern eingesetzt wird. Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl mit ausgeprägtem Verschleißwiderstand bei erhöhten Prozesstemperaturen werden mittels dieser Fertigungsroute hergestellt. Die Pulver werden in einem Druckbehälter unter isostatischem Druck bei gleichzeitig erhöhten Temperaturen vollständig verdichtet. Die HIP-Technologie ist jedoch durch eine langsame Abkühlrate charakterisiert. Um die gewünschte Mikrostruktur aus martensitischer Matrix mit eingebetteten Primär- und Sekundärkarbiden zu erzielen, bedarf es demnach einer zusätzlichen Wärmebehandlung im Anschluss an den HIP-Prozess. Das Ultra Rapid Quenching Heißisostatische Pressen (URQ-HIP) ermöglicht aufgrund einer hohen Abkühlrate die Wärmebehandlung während des Abschreckens in den HIP-Prozess zu integrieren. Das nachgelagerte Härten wird somit überflüssig. Die Prozesszeit und die Herstellungskosten können durch die HIP-Technologie mit Schnellkühlung signifikant reduziert werden.
Zielsetzungen
- Entwicklung einer integrierten HIP-Wärmebehandlung mit isothermen Haltestufen
- Untersuchung des Einflusses der HIP-Technologie mit Schnellkühlung auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften
- Identifizierung effizienter Wärmebehandlungsparameter zur Gestaltung idealer Karbidzustände und zur Beeinflussung der Schwingfestigkeit
- Entwicklung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der Mikrostruktur und der Ausscheidungsmorphologie
Projektinhalte
- Pulvercharakterisierung und Probenfertigung
- Werkstoffkonsolidierung mittels HIP-Technologie mit Schnellkühlung und isothermen Haltestufen
- Rechnergestützte Bildanalyse der Morphologie der Primärkarbide
- Transelektronenmikroskopische (TEM) Untersuchungen der Sekundärkarbide
- EBSD-Untersuchungen zur Ermittlung der Austenitkorngröße und der Versetzungsdichte
- Mechanische Werkstoffcharakterisierung bei quasistatischer und zyklischer Beanspruchung
- Untersuchung der Rissausbreitung
- Durchführung von Mikrodruckversuchen und Nanoindentationsversuchen
- FE-Simulation der Schnellkühlung
- Simulation des integrierten Härtens mit Haltestufen
- Simulation des Anlassens
Projektpartner
Lehrstuhl Werkstofftechnik der Ruhr Universität Bochum
Förderung
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft
