TY - THES

T1 - Untersuchung der Beeinflussung des Erstarrungsgefüges von HSS-Werkstoffen

AU - Stöckl, Matthias

N1 - gesperrt bis 25-06-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Steigende Festigkeiten und Qualitätsanforderungen an warmgewalzte Flachprodukte haben zur Folge, dass auch die Anforderungen an Arbeitswalzen von Warmbreitbandstraßen ständig steigen. Zum Einsatz kommen hier im Schleuderguss produzierte Walzen mit einer Verschleißschicht aus Schnellarbeitsstahl. Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene Einflussmöglichkeiten auf die Erstarrungsstruktur dieser hochlegierten Werkstoffe zu evaluieren. Ähnlich wie herkömmliche HSS-Materialien enthalten sie beachtliche Gehalte an C, Cr, W, Mo und V und weisen eine bainitische oder martensitische Matrix mit harten Sonderkarbiden (MC- und M2C-Karbide) auf. Der theoretische Teil der Arbeit beleuchtet den Erstarrungsvorgang von Stählen, einen Überblick zu Schnellarbeitsstählen für Walzen und verschiedene Möglichkeiten zur Schmelzenbehandlung z.B. basierend auf der Impfwirkung heterogener Keime. Im experimentellen Teil wurden Versuche zur Auswirkung der Abkühlrate, des Stickstoffgehaltes und eine Behandlung der Legierung mit unterschiedlichen Elementen wie Cer, Zirkon und Bismut durchgeführt. Die Untersuchung dieser Schmelzen erfolgte mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, analysiert wurden die Karbidformen und -anteile, Einschlusstypen und -anzahl, Makro- und Mikrostruktur sowie die Sekundärdendritenabstände und chemischen Zusammensetzungen. Eine Verringerung der in der Makrostruktur sichtbaren Primärkorngröße und ein schnellerer Übergang von gerichteter zu ungerichteter Erstarrung konnte in allen behandelten Schmelzen beobachtet werden. Eine Veränderung der Mikrostruktur und der Karbidform bzw. -größe erfolgte nur in den mit Zirkon und Bismut behandelten Legierungen. Steigende Abkühlgeschwindigkeiten führten zu einer erheblichen Verkleinerung des Sekundärdendritenabstandes und der Karbide. Die Variation des Stickstoffgehaltes zeigte einen Anstieg von M2C-Karbiden mit steigendem N-Gehalt und eine Zunahme von Porositäten, die in der vorliegenden Legierung oft in Nachbarschaft von M2C auffindbar sind.

AB - Steigende Festigkeiten und Qualitätsanforderungen an warmgewalzte Flachprodukte haben zur Folge, dass auch die Anforderungen an Arbeitswalzen von Warmbreitbandstraßen ständig steigen. Zum Einsatz kommen hier im Schleuderguss produzierte Walzen mit einer Verschleißschicht aus Schnellarbeitsstahl. Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene Einflussmöglichkeiten auf die Erstarrungsstruktur dieser hochlegierten Werkstoffe zu evaluieren. Ähnlich wie herkömmliche HSS-Materialien enthalten sie beachtliche Gehalte an C, Cr, W, Mo und V und weisen eine bainitische oder martensitische Matrix mit harten Sonderkarbiden (MC- und M2C-Karbide) auf. Der theoretische Teil der Arbeit beleuchtet den Erstarrungsvorgang von Stählen, einen Überblick zu Schnellarbeitsstählen für Walzen und verschiedene Möglichkeiten zur Schmelzenbehandlung z.B. basierend auf der Impfwirkung heterogener Keime. Im experimentellen Teil wurden Versuche zur Auswirkung der Abkühlrate, des Stickstoffgehaltes und eine Behandlung der Legierung mit unterschiedlichen Elementen wie Cer, Zirkon und Bismut durchgeführt. Die Untersuchung dieser Schmelzen erfolgte mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, analysiert wurden die Karbidformen und -anteile, Einschlusstypen und -anzahl, Makro- und Mikrostruktur sowie die Sekundärdendritenabstände und chemischen Zusammensetzungen. Eine Verringerung der in der Makrostruktur sichtbaren Primärkorngröße und ein schnellerer Übergang von gerichteter zu ungerichteter Erstarrung konnte in allen behandelten Schmelzen beobachtet werden. Eine Veränderung der Mikrostruktur und der Karbidform bzw. -größe erfolgte nur in den mit Zirkon und Bismut behandelten Legierungen. Steigende Abkühlgeschwindigkeiten führten zu einer erheblichen Verkleinerung des Sekundärdendritenabstandes und der Karbide. Die Variation des Stickstoffgehaltes zeigte einen Anstieg von M2C-Karbiden mit steigendem N-Gehalt und eine Zunahme von Porositäten, die in der vorliegenden Legierung oft in Nachbarschaft von M2C auffindbar sind.

KW - Schnellarbeitsstahl

KW - Walze

KW - Erstarrungsstruktur

KW - heterogene Keimbildung

KW - Abkühlrate

KW - Cer

KW - Bismut

KW - Zirkon

KW - Stickstoff

KW - Karbid

KW - MC

KW - M2C

KW - high speed steel

KW - roll

KW - solidification structure

KW - heterogeneous nucleation

KW - cooling rate

KW - cerium

KW - bismuth

KW - zirconium

KW - nitrogen

KW - carbide

KW - MC

KW - M2C

M3 - Masterarbeit

ER -