Werkstoffverhalten einer TRIP/TWIP-fähigen CrMnNi-Stahlgusslegierung bis zu hohen Dehnraten*

Lutz Krüger; Steffen Wolf; Stefan Martin; Markus Rüssel; Ulrich Martin; Andreas Jahn; Andreas Weiß; Piotr Scheller

doi:10.3139/120.110165

Published by De Gruyter May 28, 2013

Werkstoffverhalten einer TRIP/TWIP-fähigen CrMnNi-Stahlgusslegierung bis zu hohen Dehnraten*

Material Behaviour of a Cast TRIP/TWIP-Applicable CrMnNi-Based Steel up to High Strain Rates

Lutz Krüger , Steffen Wolf , Stefan Martin , Markus Rüssel , Ulrich Martin , Andreas Jahn , Andreas Weiß and Piotr Scheller

From the journal Materials Testing

https://doi.org/10.3139/120.110165

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Kurzfassung

Das Fließspannungsverhalten einer hochlegierten metastabilen Stahlgusslegierung wurde in einem weiten Bereich der Dehnrate (4·10⁻⁴ s⁻¹ bis 2200 s⁻¹) unter Zug- und Druckbeanspruchung untersucht. Dabei wurde ein ausgeprägter TRIP(TRansformation Induced Plasticity)-Effekt der austenitischen Legierung auf CrMnNi-Basis beobachtet, welcher zu hohen Festigkeiten und exzellenter Verformbarkeit führt. Bei Temperaturen oberhalb von 60°C bis 100°C zeigte sich zusätzlich eine mechanische Zwillingsbildung (TWIP- Effekt). Ein besonderes Augenmerk lag auf der Untersuchung der durch die mechanische Beanspruchung hervorgerufenen Mikrostrukturentwicklung. Es wurde festgestellt, dass erhöhte Beanspruchungsgeschwindigkeiten wesentlich das Werkstoffverhalten der untersuchten Legierungen beeinflussen. Mit steigender Dehnrate erfolgt eine Erwärmung der Probe, welche der Entstehung von α'-Martensit entgegenwirkt und so maßgeblich das Verfestigungsverhalten des Werkstoffes beeinflusst.

Abstract

The mechanical behaviour of a high alloyed and meta-stable cast steel alloy was examined under tensile and compressive loading in a wide range of strain rate (4·10⁻⁴ s⁻¹ up to 2200 s⁻¹). The CrMnNi-based alloy showed a distinctive TRIP-effect, resulting in high strength and also excellent ductility. Additionally, mechanical twinning (TWIP-effect) was observed at temperatures above 60 °C up to 100 °C. A special focus was given to reveal the change in microstructure through mechanical loading. It was found, that there is a significant influence of higher strain rates on mechanical behaviour of the investigated alloy. Heating of the specimen is the consequence of rising strain rates, hindering the formation of α'-martensite and affecting the work hardening of this material strongly.

Dieser Beitrag erschien bereits im Berichtsband Werkstoffprüfung 2009 — Kennwertermittlung für Forschung und Praxis.

Prof. Dr.-Ing. Lutz Krüger, geb. 1968, studierte Werkstofftechnik an der Technischen Universität Chemnitz und war dort bis 1998 als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Von 1998 bis 2001 sowie von 2002 bis 2006 wirkte Prof. Krüger als Projekt-Manager der Nordmetall Research & Consulting GbR in Burkhardtsdorf bei Chemnitz. Dazwischen arbeitete er ein Jahr als Research Engineer an der University of California in San Diego, USA. Im Jahre 2001 promovierte er zum Thema „Untersuchungen zum Festigkeits-, Verformungs- und Versagensverhalten der Legierung Ti 6-22-22S in Abhängigkeit von der Temperatur, der Dehngeschwindigkeit und dem Spannungszustand“ an der TU Chemnitz. Seit 2006 hat er die Professur für Werkstoffprüfung und Bauteilfestigkeit am Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg inne. Zu den Schwerpunkten seiner Forschungsaktivitäten zählen das Hochgeschwindigkeitswerkstoffverhalten sowie die Untersuchung der Bruchzähigkeit unter statischer, zyklischer und dynamischer Beanspruchung. Des Weiteren gilt sein Interesse im Besonderen Stählen mit TRIP- und TWIP-Effekt sowie Titanwerkstoffen.

Dipl.-Wirt.-Ing. Steffen Wolf, geb. 1980, diplomierte 2006 im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen, Vertiefung Werkstofftechnik, an der TU Bergakademie Freiberg. Seit 2006 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg.

Dipl.-Ing. Stefan Martin, geb. 1983, schloss 2008 sein Studium der Werkstoffwissenschaft an der TU Bergakademie Freiberg ab. Seit 2008 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut der Werkstoffwissenschaft der TU Bergakademie Freiberg.

Dipl. Ing. Markus Rüssel, geb. 1984, beendete sein Studium der Werkstoffwissenschaft/Werkstofftechnologie mit der Vertiefungsrichtung Werkstofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg im Jahr 2009. Seitdem arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg.

Prof. Dr. rer.nat. Dr.-Ing. habil. Ulrich Martin, geb. 1949, Studium der Physik an der Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg. Die Promotion zum Dr. rer.nat in Festkörperphysik erfolgte 1983 und die Habilitation in Werkstoffwissenschaft im Jahr 2000 an der TU Bergakademie Freiberg. Er ist an der TU Bergakademie Freiberg im Institut für Werkstoffwissenschaft tätig und ist Professor für Physikalische Metallkunde.

Dipl.-Ing. Andreas Jahn, geb. 1982, Studium im Fach Stahltechnologie an der TU Bergakademie Freiberg. Die Erlangung des Diploms erfolgte 2002 auf dem Gebiet nichtrostender TRIP/TWIP Stähle. Seit 2002 ist er an der TU Bergakademie Freiberg wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Eisen- und Stahltechnologie und strebt hierbei die Promotion im Gebiet der Martensitbildung in ein- und mehrphasigen Stählen des Systems Fe-Cr-Mn-Ni an.

Dr.-Ing. Andreas Weiß, geb. 1949, studierte Metallkunde an der TU Bergakademie Freiberg. Die Promotion zum Dr.-Ing. erfolgte 1983 auf dem Gebiet der Martensitbildung in Stählen an der TU Bergakademie Freiberg. Seit 1987 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Eisen- und Stahltechnologie der TU Bergakademie Freiberg.

Prof. Dr.-Ing. habil. Piotr R. Scheller, geb. 1949, studierte Eisen- und Stahlmetallurgie an der RWTH Aachen. Die Promotion zum Dr.-Ing. erfolgte 1985 und die Habilitation im Jahr 1997 an der RWTH Aachen auf dem Gebiet der Metallurgie und Hochtemperaturreaktionstechnik. Seit 2002 ist er an der TU Bergakademie Freiberg Professor und Lehrstuhlinhaber für Technologie der Eisen- und Stahlerzeugung, der Speziellen Stahltechnologie und der Eisenwerkstoffe. Ferner ist er seither Direktor des Institutes für Eisen- und Stahltechnologie an der TU Bergakademie Freiberg.

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Online erschienen: 2013-05-28

Erschienen im Druck: 2010-09-01

Werkstoffverhalten einer TRIP/TWIP-fähigen CrMnNi-Stahlgusslegierung bis zu hohen Dehnraten*

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