TY - THES

T1 - Einfluss der Prozessparameter auf die Gefügeentwicklung von Kaltfließpressstählen bei thermomechanischer Umformung

AU - Käsznar, Katharina

N1 - gesperrt bis 16-02-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Schrauben stellen, das meist untersuchte, mechanische Verbindungselement im Stahl- und Maschinenbau dar. Übliche Werkstoffe für die Herstellung hochfester Schrauben sind vergütete MnB und 1% Cr Stähle. Steigende Ansprüche betreffend Gewichts und Kostenoptimierung, bei mindestens gleichbleibender Qualität, fordern immer weitere Verbesserungen für das Bauteil und den Herstellungsprozess. Kostengünstige Werkstoffalternativen sind beispielsweise thermomechanisch gewalzte Stähle. Diese können bei optimierter Legierungszusammensetzung und thermomechanischer Prozessführung ohne den kostenintensiven Weichglühprozess direkt in der Schraubenindustrie eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde der Einfluss verschiedener Umformparameter auf die Gefügeentwicklung eines neu entwickelten Kaltfließpressstahls bei thermomechanischer Behandlung untersucht, mit dem Ziel, Umformparamater zu finden, welche in einem feinkörnigen ferritischen Gefüge resultieren. Dafür wurden in Stauchversuchen der Einfluss der Glühtemperatur, der Endumformtemperatur und der Abkühlgeschwindigkeit auf die Mikrostruktur untersucht. Die gestauchten Proben wurden metallographisch präpariert und das Gefüge mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Zusätzlich wurde die Härte entlang des Querschnitts der gestauchten Proben gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass unabhängig von der Glühtemperatur der Ferritgehalt sowohl mit steigender Abkühlgeschwindigkeit als auch zunehmender Endumformtemperatur sinkt. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die mittlere Ferritkorngröße bei beiden Glühtemperaturen und konstanter Endumformtemperatur bei steigender Abkühlgeschwindigkeit abnimmt. Die Abhängigkeit der mittleren Ferritkorngröße von der Endumformtemperatur äußert sich durch eine sprunghafte Abnahme, sobald die Endumformtemperatur jene Temperatur unterschreitet, bei der es augenscheinlich zu keiner vollständigen Rekristallisation des Gefüges mehr kommt. Die Auswertung der Härtemessungen ergab, dass die Glühtemperatur bei hohen Endumformtemperaturen keinen Einfluss mehr auf die Härte des resultierenden Gefüges hat. Des Weiteren wurde eine Abnahme der Härte mit sinkender Endumformtemperatur festgestellt. Bei der niedrigsten Endumformtemperatur konnte ein erneuter Anstieg der Härte verzeichnet werden. Bei der Wahl zukünftiger Prozessparameter ist die Glühtemperatur auf den erzielten Umformgrad abzustimmen. Zusätzlich dazu sollte die Endumformtemperatur zwischen der Ac3- und Ar3-Temperatur liegen und die Abkühlgeschwindigkeit muss auf die geforderte Korngröße sowie die gewünschten Phasenanteile angepasst werden.

AB - Schrauben stellen, das meist untersuchte, mechanische Verbindungselement im Stahl- und Maschinenbau dar. Übliche Werkstoffe für die Herstellung hochfester Schrauben sind vergütete MnB und 1% Cr Stähle. Steigende Ansprüche betreffend Gewichts und Kostenoptimierung, bei mindestens gleichbleibender Qualität, fordern immer weitere Verbesserungen für das Bauteil und den Herstellungsprozess. Kostengünstige Werkstoffalternativen sind beispielsweise thermomechanisch gewalzte Stähle. Diese können bei optimierter Legierungszusammensetzung und thermomechanischer Prozessführung ohne den kostenintensiven Weichglühprozess direkt in der Schraubenindustrie eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde der Einfluss verschiedener Umformparameter auf die Gefügeentwicklung eines neu entwickelten Kaltfließpressstahls bei thermomechanischer Behandlung untersucht, mit dem Ziel, Umformparamater zu finden, welche in einem feinkörnigen ferritischen Gefüge resultieren. Dafür wurden in Stauchversuchen der Einfluss der Glühtemperatur, der Endumformtemperatur und der Abkühlgeschwindigkeit auf die Mikrostruktur untersucht. Die gestauchten Proben wurden metallographisch präpariert und das Gefüge mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Zusätzlich wurde die Härte entlang des Querschnitts der gestauchten Proben gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass unabhängig von der Glühtemperatur der Ferritgehalt sowohl mit steigender Abkühlgeschwindigkeit als auch zunehmender Endumformtemperatur sinkt. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die mittlere Ferritkorngröße bei beiden Glühtemperaturen und konstanter Endumformtemperatur bei steigender Abkühlgeschwindigkeit abnimmt. Die Abhängigkeit der mittleren Ferritkorngröße von der Endumformtemperatur äußert sich durch eine sprunghafte Abnahme, sobald die Endumformtemperatur jene Temperatur unterschreitet, bei der es augenscheinlich zu keiner vollständigen Rekristallisation des Gefüges mehr kommt. Die Auswertung der Härtemessungen ergab, dass die Glühtemperatur bei hohen Endumformtemperaturen keinen Einfluss mehr auf die Härte des resultierenden Gefüges hat. Des Weiteren wurde eine Abnahme der Härte mit sinkender Endumformtemperatur festgestellt. Bei der niedrigsten Endumformtemperatur konnte ein erneuter Anstieg der Härte verzeichnet werden. Bei der Wahl zukünftiger Prozessparameter ist die Glühtemperatur auf den erzielten Umformgrad abzustimmen. Zusätzlich dazu sollte die Endumformtemperatur zwischen der Ac3- und Ar3-Temperatur liegen und die Abkühlgeschwindigkeit muss auf die geforderte Korngröße sowie die gewünschten Phasenanteile angepasst werden.

KW - thermomechanische Umformung

KW - Gefügeentwicklung

KW - Kaltfließpressstähle

KW - thermomechanical forming

KW - cold heading steels

KW - microstructural evolution

M3 - Masterarbeit

ER -