Die Einsatzbedingungen für Warmarbeitsstähle sind unter anderem gekennzeichnet durch sich zyklisch überlagernde mechanische und thermische Belastungen. Um diesen Bedingungen widerstehen zu können, werden aktuell martensitische sekundärhärtende Stähle eingesetzt, wodurch eine gute Anlassbeständigkeit und Warmhärte realisiert sind. Die dadurch erreichten mechanischen Eigenschaften führen zu einer guten Resistenz gegenüber thermomechanischer Ermüdung. Diese Art der Belastung resultiert in Brandrissen, einem oberflächennahen Netzwerk an Ermüdungsrissen, welche die Werkzeug- und dadurch die Werkstückoberfläche schädigen und den größten Einflussfaktor auf die Lebensdauer darstellen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Eignung von dualhärtenden Stählen für solche Warmarbeits-anwendungen untersucht. Dualhärtende Stähle nutzen sowohl die Ausscheidung von Sekundärhärtekarbiden wie auch die Bildung von metallischen oder intermetallischen Phasen zur Festigkeitssteigerung. Dieses Legierungskonzept birgt das Potential, eine verbesserte Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen. Für die thermomechanische Ermüdungsprüfung wurde eine Prüfmethode angewandt, welche die komplexen thermischen und mechanischen Belastungsbedingungen während des Einsatzes in Warmarbeitsanwendungen wiedergibt. Um die Resistenz gegenüber thermomechanischer Ermüdung mit einer karbidisch oder dualhärtenden Mikrostruktur korrelieren zu können, wurden vergleichende Ermüdungsversuche an dualhärtenden Stählen und einem Warmarbeitsstahl durchgeführt. Die thermomechanischen Belastungsbedingungen wurden in einem servohydraulischen Prüfstand mit induktivem Heizsystem realisiert. Dabei wurden zylindrische Proben zyklisch erhitzt, während ein definierter Anteil der thermischen Ausdehnung mechanisch unterdrückt wird. Durch die mit steigender Temperatur sinkende Streckgrenze kommt es dabei zur akkumulierten plastischen Deformation im Druckbereich. Dies führt zur kontinuierlichen Verschiebung der Mittelspannung in den Zugbereich, ähnlich der Entstehung von oberflächennahen Zugeigenspannungen im realen Belastungsfall. In dieser Arbeit wurde die Evolution der dualhärtenden Mikrostuktur während einzelner Wärmebehandlungsschritte sowie die Sequenz der Ausscheidungsbildung charakterisiert. Mit hochauflösenden Untersuchungsmethoden wurde der Einfluss der Belastungsbedingungen auf das Verhalten von Warmarbeitsstählen und dualhärtenden Stählen untersucht, um somit eine Korrelation der Resistenz gegenüber thermomechanischer Ermüdung mit der Mikrostruktur zu ermöglichen. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Prüftemperatur dualhärtende Stähle gegenüber Warmarbeitsstählen einen verbesserten Widerstand gegenüber thermomechanischer Ermüdung aufweisen. Dies konnte auf ihre erhöhte Anlassbeständigkeit zurückgeführt werden. Die überlagerte mechanische Dehnungsamplitude hat keinen Einfluss auf die Vergröberung und die partielle Auflösung der Sekundärhärteausscheidungen und dadurch bedingte Entfestigung während der Ermüdungsprüfung.