Cyclic short-time-transformation behaviour of steels - determination of new temperature-time-regimes at pulsed laser hardening

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Durch Laserstrahlhärten lassen sich gezielt Gefügezustände in Stählen einstellen, die mit thermisch und umwandlungsbedingten Spannungszuständen einhergehen und sich positiv auf die Eigenschaften bei mechanischen Beanspruchungen auswirken. Bei gepulsten Härtungen können wegen der durch Pulsfrequenz, -dauer und -leistung sowie Vorschub bestimmten wiederholten Temperaturänderungen entweder mehrfache Austenit-Martensit-Umwandlungen oder aber zyklische Verformungen des stabilen oder metastabilen Austenits hervorgerufen werden. Das Spektrum der bei derartigen Behandlungen erzielbaren Randschichtzustände und die Mechanismen der Kurzzeitumwandlung sind bislang nicht systematisch untersucht. Deshalb sollen exemplarisch am Vergütungsstahl 42 CrMo 4 mit einem am Institut vorhandenen Kurzzeitumwandlungsprüfstand die unter Variation von Aufheiz- und Abkühlrate sowie Zyklenzahl, Behinderungsgrad der thermischen Ausdehnung und gebenenfalls auch Haltezeit entstehenden Gefüge charakterisiert, hinsichtlich der Umwandlungsmechanismen analysiert und das Umwandlungsverhalten in Form von Gefügekarten zusammengefasst werden, die einstellbare Nichtgleichgewichtszustände und deren Charakteristika beschreiben. Darauf aufbauend sind Strategien zur Ermittlung von Temperatur-Zeit-Regimen abzuleiten, die zu Randschichtzuständen mit gegenüber konventionellen Laserstrahlhärtungen verbesserten Eigenschaften führen. Die Einstellbarkeit dieser Gefügezustände ist durch Simulationsrechnungen, in die die Gefügekarten einfließen, und durch Verifikation anhand von Laserstrahlbehandlungen, bei denen die Temperatur-Zeit-Regime aufgeprägt werden, nachzuweisen.