Warmverformbarkeit eines mikrolegierten Stahls

Abstract

Die Warmverformbarkeit eines Vanadium- mikrolegierten Stahls wurde in einem Temperatur- und Dehnratenbereich von 700 bis 950°C bzw.<br />3 *10-4 bis 0.3s-1 unter Durchführung von Zug- und Druckversuchen untersucht. Die Schädigungs- und Verformungsmechanismen wurden erörtert.<br />Des Weiteren wurde die Anwendbarkeit des Ansatzes der processing maps im Stauchversuch unter Einsatz verschiedener Modelle beurteilt. Das Duktilitätsminimum liegt mit Ausnahme der höchsten Dehnrate im Bereich von 750°C, wobei die Duktilität bei gegebener Prüftemperatur stetig mit der Dehnrate steigt. Als Schädigungsmechanismus im Duktilitätsminimum ist bei niedrigen Dehnraten Verformungskonzentration im entlang der Korngrenzen verformungsinduziert gebildeten Ferrit verantwortlich. Mit steigender Prüftemperatur bleibt die Duktilität zunächst niedrig. Porenbildung erfolgt zuerst an den Austenitkorngrenzen, vermutlich an VN- Ausscheidungen. Weitere Schädigung wird durch die Bildung von verformungsinduziertem Ferrit begünstigt. Bei weiterer Erhöhung erholt sich die Duktilität zufolge dynamischer Rekristallisation. Bei 950°C zeigt sich ein voll rekristallisiertes Gefüge. Schädigung im Ferrit wird bei niedrigen Dehnraten durch die verstärkte VN- Ausscheidung während der gamma/alpha- Umwandlung infolge der geringeren Löslichkeit von V und N in Ferrit als in Austenit begünstigt. Die mit der Dehnrate steigende Duktilität wird auf die geringere verfügbare Zeit zur Bildung von VN- Ausscheidungen, sowie von Porenwachstum an diesen zurückgeführt.<br />Die Dehnratenempfindlichkeit m und die Effizienzparameter eta nach Prasad bzw. Rao und Murty sind im untersuchten Prozessbereich klein und steigen mit sinkender Temperatur und Dehnrate. Als Ursache wird auf Entfestigung infolge von Ferritbildung und Schädigung geschlossen. Die verschiedenen Instabilitätskriterien liefern sehr unterschiedliche Ergebnisse hinsichtlich der Prognose von Instabilitäten im Stauchversuch. Die Parameter xi, kappa und kappa_j sagen in großen Prozessbereichen Instabilitäten voraus, welche bei niedrigen Dehnraten mit Schädigung und bei höheren Dehnraten auf die Bildung von Verformungsbändern in Verbindung gebracht werden können. Die Dehnratenempfindlichkeit m ist im gesamten Bereich positiv und sagt keine Instabilitäten voraus. Die Prognose von Schädigung anhand der Fließdaten wird vom Parameter alpha zufriedenstellend erbracht.<br />Schädigung wird bei niedrigen Dehnraten durch positive alpha- Werte angezeigt.<br />

The hot workability of a vanadium- microalloyed steel was investigated by means of tensile and compression tests at temperatures and strain rates ranging from 700 to 950°C and 3* 10-4 to 0.3s-1, respectively. The damage and deformation mechanisms were analysed.<br />Furthermore, the applicability of the processing maps approach was investigated making use of different models. The ductility minimum is located at 750°C for all strain rates except for the highest one. The ductility steadily increases with the strain rate at a given temperature. In the region of the minimum ductility at low strain rates, damage occurs as a result of strain concentration caused by the presence of thin layers of strain- induced ferrite at the austenite grain boundaries. At first, ductility remains low with creasing temperature. Voiding starts at the austenite grain boundaries, presumably at VN precipitates. Further damage is favoured by the formation of strain- induced ferrite. Further temperature increase gives rise to ductility recovery through dynamic recrystallization of austenite. At 950°C a fully recrystallized microstructure is observed.<br />Voiding within ferrite is favoured by intense VN- precipitation during the gamma/alpha- phase transformation due to the lower solubility of V and N in ferrite than in austenite. Inceasing the strain rate is thought to enhance ductility due to shorter time both for the formation of precipitates and the growth of voids.<br />The strain rate sensitivity and the efficiency parameter eta using both models are considerably small in the tested range of temperature and strain rate. All these parameters increase by decreasing both the temperature and the strain rate, where softening takes place by the formation of ferrite and pores. The various instability criteria applied provide different results regarding the prediction of instabilities in the compression tests. According to the instability parameters xi, kappa and kappa_j, instabilities are predicted in a wide range, which can be associated with the occurrence of damage at low strain rates and the formation of deformation bands at high strain rates. The strain rate sensitivity m does not predict any instabilities. Based on the compression flow data, damage is well predicted by the parameter alpha.<br />At low strain rates, damage is indicated by alpha showing positive values.