Numerische Entwicklung eines mikrolegierten Einsatzstahls für die Hochtemperatur-Aufkohlung
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Um bei der Herstellung einsatzgehärteter Bauteile die Wirtschaftlichkeit zu steigern, kanndie Aufkohlung bei erhöhten Temperaturen oberhalb 1000 C erfolgen. Eine derartigeTemperaturerhöhung erfordert allerdings eine Optimierung von Prozessketten und Werkstoffen,um eine ausreichende Feinkornbeständigkeit durch stabile Ausscheidungen sicherzustellen.In dieser Arbeit wurde die Ausscheidungsentwicklung in einem (Al,Nb,Ti)-mikrolegierten Stahl 25MoCr4 experimentell und numerisch untersucht. Zusätzlich wurdefür verschiedene Prozessketten der Einfluss der Prozessparameter auf die Feinkornbestä...
Um bei der Herstellung einsatzgehärteter Bauteile die Wirtschaftlichkeit zu steigern, kanndie Aufkohlung bei erhöhten Temperaturen oberhalb 1000 C erfolgen. Eine derartigeTemperaturerhöhung erfordert allerdings eine Optimierung von Prozessketten und Werkstoffen,um eine ausreichende Feinkornbeständigkeit durch stabile Ausscheidungen sicherzustellen.In dieser Arbeit wurde die Ausscheidungsentwicklung in einem (Al,Nb,Ti)-mikrolegierten Stahl 25MoCr4 experimentell und numerisch untersucht. Zusätzlich wurdefür verschiedene Prozessketten der Einfluss der Prozessparameter auf die Feinkornbeständigkeitdes Stahls bei 1050 C mittels einer Simulation der Ausscheidungskinetikanalysiert. Diese Rechenergebnisse können bei der Identifikation von optimalen Prozessbedingungenhelfen.Mit Hilfe der numerischen Prozess- und Werkstoffsimulation wurde eine Werkstoffoptimierungzur Verbesserung des Reinheitsgrads im Stahl 25MoCr4 vorgenommen. Eswurde vorgeschlagen, mittels einer Substitution von Aluminium durch Niob die Feinkornbeständigkeitsicherzustellen. Die erforderliche Niob-Menge wurde mittels einer thermodynamischenSimulation ermittelt. Das vorgeschlagene Mikrolegierungskonzept mit einemNb-Gehalt von 0,0823 Gew.-% und einem Al-Gehalt unterhalb von 0,003 Gew.-%wurde auf Feinkornbeständigkeit, Stranggießbarkeit, mikroskopischen Reinheitsgrad undWarmumformbarkeit untersucht und mit dem klassischen (Al,Nb,Ti)-mikrolegierten Stahl25MoCr4 verglichen. Weiterhin wurde die Ausscheidungsentwicklung bei verschiedenenProzessketten berechnet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass der neue AlreduzierteWerkstoff neben einem verbesserten Reinheitsgrad auch eine deutlich verlängerteFeinkornbeständigkeit bei der Temperatur 1050 C hat.Bei solchen hohen Nb-Gehalten ist das Seigerungsverhaltens von Niob während derErstarrung relevant. Diese Thematik wurde mittels einer kinetischen Simulation für diemikroskopische Seigerung von Niob untersucht. Dabei wurde der Einfluss von Abkühlgeschwindigkeit,sekundärem Dendritenarmabstand und Legierungselementengehalt aufdie Nb-Verteilung während der Erstarrung numerisch analysiert. Anhand aller Ergebnissewurden verschiedene Vorschläge für eine weitere Prozess- und Werkstoffoptimierungformuliert und diskutiert.
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