Mikroskopische Prüfung von Warmarbeitsstählen nach SEP 1614

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1. Zweck, Wesen und Geltungsbereich der Prüfung

Warmarbeitsstahle finden in diversen Werkzeugen und Werkzeugbereichen Verwendung. So z. B. beim Gesenk-schmieden als Vollgesenke oder Gesenkeinsätze, beim Druckgießen als Formeinsatze, Kerne, Schieber oder Ausstoßer oder beim Strangpressen als Matrizen, Preßstempel, Innen-/Zwischenbüchse oder Mantel. Die Beanspruchung der Werkzeuge ist entsprechend der zahlreichen Anwendungen vielfaltig und komplex; sie umfasst neben den mechanischen auch thermische, abrasive, erosive und gelegentlich auch chemische Einflüsse. Die Werkstoffauswahl für die einzelnen Werkzeugkomponenten ist daher auf die vorherrschenden Beanspruchungen auszurichten. Die Prüfung der Werkstoffeigenschaften sollte daher in Anlehnung an die zu erwartende Werkzeug-beanspruchung erfolgen. Die mikroskopischen Prüfungen zur Beurteilung der Mikrohomogenität der Legierungselemente und des Glühgefüges erfolgen an Schliffproben, die visuell mit den entsprechenden Bildtafeln (Tafeln 1 und 2) verglichen werden.
Dieses Prüfblatt gilt vornehmlich für- die drei Warmarbeitsstähle-

• X37CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2343)
• X40CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2344)
• X38CrMoV5-3 (W.-Nr. 1.2367)

Prüfumfang

Die Vereinbarung über Prüfumfang und Qualitätsstandard ist in den Lieferbedingungen festzulegen.

Probenahme und Probenvorbereitung

Bei Entnahme der Proben zur mikroskopischen Prüfung ist zu beachten, daß Art, Größe, Gestalt, Menge und Verteilung der verschiedenen Gefügephasen im wesentlichen vom Erschmelzungs- und Gießverfahren, der Geometrie und Größe des Rohblockes, von der Umformung und der Temperaturführung der anschließenden Wärmebehandlung abhängen. Die Proben werden so entnommen, dass die auszuwertende Schlifffläche parallel zur ursprünglichen Hauptverformungsrichtung liegt. Die zu beurteilende Schlifffläche sollte eine Fläche von mindestens 10 mm x 20 mm aufweisen. Prüfbereich siehe Abbildung 1. Die Proben werden dem weichgeglühten Material entnommen, geschliffen und poliert und anschließend in 3 %iger alkoholischer Salpetersäure so geätzt, dass sie die Mikrohomogenität erkennen lassen. Die mikroskopische Beurteilung der Schliffproben erfolgt zur Bewertung der Mikrohomogenität bei einer Vergrößerung von 50 :1 und zur Bewertung der Glühgefügeausbildung bei einer Vergrößerung von 500 :1

Aufbau der Bildreihen

Richtreihe zur Bewertung der Mikrohomogenität der Legierungselemente in Warmarbeitsstahlen (Tafel 1)

Die Richtreihe besteht aus Gefügeaufnahmen mit einer Vergrößerung von 50:1. Sie beschreiben anhand des vorliegenden Seigerungszustandes die Mikrohomogenität der Legierungselemente des zu beurteilenden Warmarbeitsstahles. Die mit Legierungselementen angereicherten Bereiche erscheinen als dunkle Streifen in Netzwerk- oder Zeilenform. Sie sind Folge der bei der Erstarrung ablaufenden Entmischungsvorgange und daher in ihrer Ausbildung stark abhängig von dem Erstarrungsverlauf und damit von dem Herstellungsverfahren der Stähle. Bei besonders starken Seigerungen können im Verlauf der Erstarrung Primärcarbide in den angereicherten Bereichen ausgeschieden werden, die als helle Flecken erscheinen. Im Gußzustand weisen die Seigerungen eine netzwerkartige Struktur auf und werden mit zunehmender Umformung des Gußblockes immer stärker in Zeilenform gestreckt. Die Richtreihe berücksichtigt in vier Zeilen (1 bis 4) den Einfluss zunehmender Verformungsgrade auf die Gefugeausbildung. Zugeordnete, betriebsübliche Abmessungen von Warmarbeitsstahlen enthalt Tafel 3. Die zunehmende Intensität der Seigerungen wird durch die Spalten „SA", „SB", „SC", „SD" und „SE" beschrieben. Die Spalten „SA" und „SB" zeigen typische Gefügeaufnahmen für die sogenannte Premiumqualität, die nur durch besondere metallurgische Verfahren, z. B. das ESU-oder LBV-Verfahren, zu erzielen ist. Die Aufnahmen in den Spalten „SC" und „SD" beschreiben die sogenannte Standardqualitat, die durch die offene Lichtbogenerzeugung zu erzielen ist. Da die Bildrichtreihe für unterschiedlich legierte Stähle erstellt wurde, können folgende Zuordnungen getroffen werden: Die in den Spalten „SA" und „SC" enthaltenen Bilder sind typisch für den Stahl X37CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2343). Die Stähle X40CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2344) sowie X38CrMoV5-3 (W.-Nr. 1.2367) entsprechen aufgrund ihrer höheren Legierungsmassenanteile den Gefügebildern in den Spalten"SB" und"SD". Die in der Spalte „SE" zusammengefaßten Gefügeausbildungen stellen nicht akzeptable Zustände dar.

Richtreihe zur Bewertung der Gefüge von geglühtem Warmarbeitsstahl (Tafel 2)

Die Richtreihe besteht aus Gefügeaufnahmen mit einer Vergrößerung von 500:1. Sie beschreiben anhand der Einformung und Verteilung der Sekundarcarbide die Glühgefügeausbildung des zu beurteilenden Warmarbeitsstahles. Die in der Spalte „GA" enthaltenen Gefügebilder sind typisch fur den Stahl X37CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2343). Die Bilder in Spalte „GB" gelten für den Stahl X40CrMoV5-1 (W.-Nr. 1.2344). Der erhöhte Vanadiummassenanteil dieses Stahles führt zu den deutlichen Carbidausscheidungen an den Korngrenzen. In den Spalten „GC" und „GD" sind Gefügezustände wiedergegeben, die aus gezielten Bainitumwandlungen nach der Warmformgebung stammen, wobei durch die anschließende Weichglühung eine weitestgehende Einformung der Carbide erfolgte. Die ursprüngliche Charakteristik der Bainitumwandlung ist in diesen Bildern von 1 bis 5 in ihrer Tendenz wachsend wiedergegeben. Bei den in Spalte „GE" enthaltenen Aufnahmen handelt es sich um Gefügeaufnahmen, bei denen der Werkstoff nach der Warmformgebung im Bereich des Perlits eine Umwandlung erfahren hat. Mit zunehmendem Grad von 1 bis 5 ist die entartete Umwandlung im Perlitbereich, in Form von Ferritzonen mit eingelagerten Carbiden, dargestellt. Die in Spalte „GF" beschriebenen Werkstoffe haben nach der Warmformgebung eine weitestgehende perlitische Umwandlung erfahren. Durch unzureichend koagulieren-des Glühen ist die Perlitstruktur noch dominant erkennbar. Für die zerspanende Weiterverarbeitung ist ein derartiges Gefügeunzweckmaßig.

Prüfung and Auswertung

Die Schliffproben werden unter dem Mikroskop mit der dem Abbildungsmaßstab der jeweiligen Bildreihe entsprechenden Vergrößerung betrachtet. Bei der Zuordnung des Gefüges in einem Blickfeld ermittelt man dasjenige Bild der Richtreihe, das dem beobachteten Gefüge am nächsten kommt. Sofern keine spezifischen Vereinbarungen getroffen wurden, wird die Beurteilung durch eine Übersichtsbeobachtung ermittelt. Das Prüfergebnis wird in Form der Koordinaten des entsprechenden Bildes (z. B. „SB 3" für die Richtreihe zur Bewertung der Mikrohomogenität der Legierungselemente bzw. „GA 3" für die Bewertung der Glühgefügebildreihe von Warmarbeitsstahl) angegeben. Tafel 1 Richtreihe zur Bewertung der Mikrohomogenität der Legierungselemente in Warmarbeitsstahlen Tafel 2 Richtreihe zur Bewertung der Gefüge von geglühtem Warmarbeitsstahl Die für eine korrekte Bewertung notwendigen Originaltafeln sind beim Verlag Stahleisen GmbH, Sohnstr. 65, D-40237 Düsseldorf zu beziehen.

Mikroskopische Prüfung von Warmarbeitsstählen nach SEP 1614

Die mikroskopische Bewertung von Gefügen bei Warmarbeitsstählen erfolgt im Vergleich mit einer Bildrichtreihe. Die Richtreihe ist in 2 Bereiche aufgeteilt. Der erste Bereich behandelt die Seigerungsausbildung und ist in 5 Spalten und 4 Zeilen aufgegliedert. Die Spalten geben die Intensität der Seigerung und die Zeilen den Grad der Umformung wieder. Die Werte werden nach dem Schema SpalteZeile (z.B. SA3 oder SB2) angegeben. Der zweite Teil der Richtreihe ist für die Bewertung des Mikrogefüges, speziell Einformung und Verteilung der Karbide, gedacht. Die Bildtafel ist in 6 Spalten zu je 5 Bildern aufgeteilt. In den Spalten ist die Art und Ausbildung des Gefüges und in den Zeilen die jeweilige Stärke der Ausprägung dargestellt. Die Werte werden nach dem Schema Spalte-Zeile (z.B. GB3 oder GC2) angegeben. Die Seigerungsausbildung wird bei einer Vergrößerung von 50:1 und die Gefügebeurteilung bei 500:1 vorgenommen. Die bei der Beurteilung des Schliffes vorliegende Ausprägung wird dem Bild zugeordnet welches am ehesten entspricht.