ICME-based process and alloy design for vacuum carburized steel components with high potential of reduced distortion

 

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer energetisch effizienten Herstellung von Schmiedeteilen aus mikrolegiertem Zweiphasenstahl mit reduzierter Verzerrung.

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Karburierte Stahlkomponenten werden üblicherweise von der Härtungstemperatur in einer vollständigen austenitischen Phase bis zur Raumtemperatur abgeschreckt. Dies führt zu einer Mikrostruktur, die aus fast Martensit plus Bainit besteht, was zu unerwünschter Wärmebehandlung führt zu einer Verzerrung. Jedoch kann eine weiche Phase von Ferrit, die in der gesamten Mikrostruktur dispergiert ist, in dieser Hinsicht sehr effektiv sein. Dies wird auf die Fähigkeit von Ferrit bei der Aufnahme der Plastizität zurückzuführen, die aus der Austenit-zu-Martensit-Transformationsausdehnung resultiert. Im Rahmen dieses Projektes wird gezeigt, dass eine korrekte Auswahl von chemischen Zusammensetzungen und eine Härtungstemperatur die damit verbundene Verzerrung stark unterdrücken kann.

Um eine neue Stahllegierung systematisch zu entwerfen, die zu den oben genannten Bedingungen passt, wurde eine ICME-basierte Methodik eingesetzt. So wurde eine Reihe von Berechnungen unter Verwendung der thermodynamischen Software Thermo-Calc durchgeführt, die in einem in Python geschriebenen Rahmen gesteuert wurde. Für die vielversprechendste Legierung wird die Austenit-Ferrit-Phasentransformationskinetik mit der Software DICTRA vorhergesagt. Dies führt dazu, dass virtuelle Zeit-Temperatur-Transformation-TTT-Diagramme in Abhängigkeit vom lokalen Kohlenstoffgehalt erzeugt werden. Der Karburierungsprozess, die Phasentransformationen und die Wirkung der erzeugten Mikrostruktur auf die endgültige Verzerrung werden im Makromaßstab durch die FE-Software Simabor.forming unter Berücksichtigung der lokalen variierenden TTT-Diagramme innerhalb der Kohlenstoffdiffusionszone simuliert. Schließlich werden die Simulationsergebnisse experimentell durch die Verwendung von Navy C-Ring-Proben validiert.

 

Projektpartner

Organisation Anschrift
Integrative Werkstoffsimulation,
Institut für Eisenhüttenkunde IEHK,
RWTH Aachen
Intzestr. 1,
52072 Aachen,
Deutschland
Simufact Engineering GmbH Tempowerkring 19,
21079 Hamburg,
Deutschland
ICME Laboratory,
Department of Metallurgical and Materials Engineering,
Indian Institute of Technology Madras,
Madras,
Chennai 600036,
Indien
TRDDC,
TCS Research,
Tata Consultancy Services TCS
Pune,
Maharashtra 411013,
Indien

 

Veröffentlichungen

  1. U. Prahl, H. Farivar: Combined Process and Alloy Design of a micro-alloyed DP Forging Steel Based on ICME (DP-Forge), Simufact Round Table, Marburg, Germany 2016.
  2. H. Farivar , G. Rothenbucher, U. Prahl, R. Bernhardt: ICME-based process and alloy design for vacuum carburized steel components with high potential of reduced distortion, 4th World Congress on Integrated Computational Materials Engineering (ICME 2017), Ypsilanti, Michigan, USA 2017.
  3. D. M. John, H. Farivar, G. Rothenbucher, R. Kumar, P. Zagade, D. Khan, A. Babu, BP Gautham, R. Bernhardt, G. Phanikumar, U. Prahl: An attempt to integrate software tools at microscale and above towards an ICME approach for heat treatment of a DP steel gear with reduced distortion, 4th World Congress on Integrated Computational Materials Engineering (ICME 2017), Ypsilanti, Michigan, USA 2017.