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Gefügebildung nach modifizierten Abkühlbedingungen
Das modifizierte Abkühlkonzept besteht in einer zweistufigen Abkühlung nach Warmumformung bei
relativ niedrigen Temperaturen. Diese Umformung im unteren Austenitgebiet hat zur Folge, daß viele
und möglichst homogen verteilte potentielle Keimstellen für die Ferritbildung entstehen. Die
anschließende Abkühlung erfolgt zunächst verhältnismäßig langsam bis in den Ferritbereich hinein.
Dabei bildet sich bei relativ hohen Temperaturen verformungsinduzierter Ferrit. Dieser Ferrit ist
grundsätzlich polygonal, was sich positiv auf die Zähigkeit auswirkt. Des Weiteren besitzt er
aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehaltes eine höhere Festigkeit. Wegen der hohen Temperaturen
kann zudem der Kohlenstoff schneller aus dem übersättigten Ferrit diffundieren und den
angrenzenden Austenit stabilisieren. Dies begünstigt die Entstehung von weniger
diffusionskontrollierten Umwandlungen, wie Bainit bzw. Martensit anstatt Perlit. Eine sich
anschließende beschleunigte Abkühlung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit führt zu Bainit/Martensit
als „härterer“ Zweitphase.
Das Gefüge nach der sogenannten Zweistufen-Kühlung besteht somit aus einem gleichmäßig
verteilten, relativ hohen Anteil an „weicher“ Phase Ferrit und einer zweiten, „harten“ Phase aus
Bainit/Martensit, wie Bild 4 im Vergleich mit dem Gefüge nach kontinuierlicher Abkühlung zeigt.
Die Phasenanteile nach der Zweistufen-Kühlung lassen sich durch Änderung der Starttemperatur der
beschleunigten Abkühlung (Tac) variieren. Eine niedrigere Starttemperatur erhöht den Ferritanteil im
Endgefüge. Dies hat aber in einem relativ weiten Bereich der Starttemperatur Tac kaum Auswirkung
auf die Makrohärte HV10. Dies veranschaulicht Bild 5 für den Stahl V. Nach Umformung bei 1200
bzw. 920°C und Starttemperaturen für die beschleunigte Abkühlung Tac zwischen 680 und 640°C,
sind trotz des weiten Umformspektrums und den damit verbundenen unterschiedlichen Ferritanteilen
von etwa 8 bis 33% nur unwesentlich veränderte Makrohärtewerte HV10 zu erkennen. Dies deutet
darauf hin, daß auch die Ferritverteilung und die Feinstruktur der zweiten Phase (Bainit/Martensit)
eine Rolle spielen
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Bild 4: Gefügeausbildung im Stahl V nach Umformung bei 1000°C (Ätzmittel: Nital)
a) Kontinuierliche Abkühlung; b) Zweistufige Kühlung