Charakterisierung des Faserverlaufs in umgeformten Stählen und dessen Auswirkung auf mechanische Eigenschaften

In der Massivumformung von Stählen nimmt der Faserverlauf für die Beurteilung der Güte eines umgeformten Bauteils, neben anderen Beurteilungsfaktoren, eine zentrale Funktion ein. Da diese Struktur in der Literatur nur ansatzweise definiert ist, wird experimentell dargestellt, dass die durch das Warmwalzen des Stahls entstandenen gestreckten Mangansulfide (MnS), hauptsächlich für diese Struktur verantwortlich sind.
Mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie werden die Form- und Orientierungsänderungen von MnS und anderen Einschlüssen vom stranggegossenen über den warmgewalzten bis zum in Walzrichtung gestauchten Stahl bei Raumtemperatur und 1250° C betrachtet. Die Analyse der Gestaltänderung von MnS beim Stauchen senkrecht zur Walzrichtung bei 1250° C ermöglicht ferner über die Bestimmung des relativen Plastizitätsindexes die Erstellung der für eine FEM Umformsimulation erforderlichen Fließkurven für MnS. Bestimmte mechanische Eigenschaften des Stahls, wie beispielsweise die Kerbschlagarbeit können durch MnS beeinflusst werden, und führen zu unterschiedlich stark ausgeprägten anisotropen Verhältnissen. Die Bruchoberflächen der Kerbschlagbiegeproben zeigen dabei den Einfluss der Morphologie und Orientierung der MnS auf die Kerbschlagarbeit. So verursacht beispielsweise das Stauchen in Walzrichtung bei 1250° C durch die Gestaltänderung der MnS eine Veränderung der ursprünglichen Anisotropie der Kerbschlagarbeit von Längs- zu Querrichtung hin zu einem isotropen Zustand.
Die Spannungsverhältnisse um MnS bei entsprechend anliegender mechanischer Belastung zeigen die potenziell vorschädigende Wirkung der Morphologie und Orientierung der MnS. Anhand von Beispielbauteilen wird dieser Effekt bei abgeflachten und entsprechend zur Bauteilbelastung ausgerichteten MnS verdeutlicht.
Eine FEM Umformsimulation des zylindrischen Stauchens in Walzrichtung von MnS im Stahl bei 1250° C zeigt eine befriedigende Übereinstimmung der beobachteten Gestaltänderung der MnS mit den simulierten Ergebnissen.