Short‐term creep behavior of chromium rich hot‐work tool steels

Abstract

Hot-work tool steels represent a group of steels which are used for metal forming operations at elevated temperatures, e. g. die casting, extrusion molding and drop forging. During application such working tools are exposed for a short time to both high temperatures and mechanical stresses. Short-term creep tests of two chromium rich martensitic hot-work tool steels which basically differ in their molybdenum, carbon and silicon content were conducted at temperatures in the range of 540 8C to 600 8C and at stress levels ranging from 280 MPa to 600 MPa. Both steels showed a minimum strain rate, at approximately 1/6 time to rupture, instead of a steady-state creep range. The stress exponents of both steels indicate dislocation creep as the dominant creep mechanism. Microstructural investigations showed that in both steels the secondary hardening carbides are type of MC and M 2 C. A higher content of molybdenum and carbon causes a higher volume fraction of these carbides and results in a better short-term creep behavior.Keywords: Short-term creep / Hot-work tool steel / Precipitates / Carbide evolution / Transmission electron microscopy / Warmarbeitsstähle werden häufig als Werkzeuge beim Druckgießen, Strangpressen oder Gesenkschmieden eingesetzt. Während des Einsatzes sind diese Stähle immer wieder hohen Temperaturen und Spannungen ausgesetzt. In dieser Arbeit wurden an zwei chromreichen Warmarbeitsstählen, welche sich hauptsächlich in ihrem Molybdän-, Kohlenstoff-und Siliziumgehalt voneinander unterscheiden, Kurzeitkriechversuche durchgeführt. Die Versuchstemperaturen lagen dabei zwischen 540 8C und 600 8C, währenddessen die Spannungen von 280 MPa bis 600 MPa reichten. Bei beiden Stählen trat eine minimale Kriechrate bei ungefähr einem Sechstel der Bruchzeit auf. Ein konstanter sekundärer, so genannter "Steady-State", Kriechbereich wurde bei keinem der durchgeführten Kriechversuche festgestellt. Der Spannungsexponent von beiden Stählen weist auf Versetzungskriechen als den dominierenden Kriechprozess hin. Untersuchungen der Mikrostruktur an beiden Stählen ergaben Sekundärhärtekarbide vom Typ MC und M 2 C. Ein erhöh-ter Molybdän und Kohlenstoffgehalt führt zu einem höheren Volumenanteil an diesen Karbiden, verbunden mit einem besseren Kurzzeitkriechverhalten.

Thermomechanical Fatigue Testing of Dual Hardening Tool Steels

“…In the final heat treatment condition, the microstructures of both materials consist of tempered martensite containing micrometer‐sized primary carbides . Alloys A and B reach a hardness of 617 ± 2 HV5 and 654 ± 4 HV5, respectively.…”

Material behaviour of a dual hardening steel under thermomechanical loading

“…Potentially carbide‐forming elements are molybdenum, tungsten, and vanadium . The sizes of the carbides are in the range of 5 to 600 nm . During quenching after the austenitization, no segregation of any substitutional elements and also no forming of secondary carbides take place …”

“…1 The sizes of the carbides are in the range of 5 to 600 nm. 6 NOMENCLATURE: AT, ageing heat treatment; KTM, constraint factor; N f , cycles to failure; N f ∕2, half cycles to failure; R m , tensile strength; R p0.2 , yield strength; SA, quenched heat treatment; T max , maximal temperature; TMF, thermomechanical fatigue; T min , minimal temperature; T start , start temperature; 𝜖 ampl , mechanical strain amplitude; 𝜖 mech , mechanical strain; 𝜖 therm , thermal elongation; 𝜖 total , total strain; 𝜎 max , maximum stress; 𝜎 ampl , amplitude stress.…”