Abstract
In many metal forming applications, especially in micro cold forming, the tools are loaded differently in various functional regions. Tailored material properties in the specific regions are therefore advantageous. To meet this requirement, different tool steels can be applied in the corresponding regions of the tools, with a good bonding in between. This kind of composite materials can be produced by means of a newly developed successive spray forming process. In addition, the different steels in the composite tools may require quite different heat treatment conditions in order to achieve the expected material properties and performance. For this purpose, a selective heat treatment based on middle frequency induction heating has been developed to austenitize the different steels at different temperatures. In this study, these two newly developed processes have been applied to produce composite tool steels for micro cold forming tools. The investigation is focused on the correlation between the processing conditions and the microstructure and properties of the composite tool steels. It shows that fine and homogeneous microstructure can be achieved in the composite tool steels, with a gradual transition of chemical and physical properties in between. The microstructure and properties of the composite tool steels are clearly correlated with their austenitization conditions during the selective induction heating.
Kurzfassung
Bei vielen Umformprozessen, insbesondere bei der Mikrokaltumformung, werden die Werkzeuge in verschiedenen Funktionsbereichen unterschiedlich belastet. Maßgeschneiderte Materialeigenschaften in den spezifischen Regionen sind daher vorteilhaft. Um diese Anforderung zu erfüllen, können unterschiedliche Werkzeugstähle, die exzellent miteinander verbunden sind, in den entsprechenden Bereichen der Werkzeuge eingesetzt werden. Diese Art von Verbundmaterialien kann mit dem neu entwickelten Verfahren des sukzessiven Sprühkompaktierens hergestellt werden. Darüber hinaus müssen die verschiedenen Stähle in den Werkstoffverbunden in der Regel unterschiedlich wärmebehandelt werden, um die erwarteten Materialeigenschaften und Leistungen zu erreichen. Zu diesem Zweck wurde eine selektive Wärmebehandlung auf Basis der Mittelfrequenzinduktionserwärmung entwickelt, um die verschiedenen Stähle bei unterschiedlichen Temperaturen austenitisieren zu können. In dieser Studie wurden diese beiden neu entwickelten Verfahren zur Herstellung von Werkzeugstahlverbunden für Mikrokaltumformwerkzeuge eingesetzt. Die Untersuchung konzentriert sich auf den Zusammenhang zwischen den Verarbeitungsbedingungen und dem Gefüge der Werkstoffstahlverbunde. Es wird gezeigt, dass feine und homogene Mikrostrukturen in den zusammengesetzten Werkzeugstählen mit einem allmählichen Übergang der chemischen und physikalischen Eigenschaften erreicht werden können. Mikrostrukturen und Eigenschaften der Verbundwerkzeugstähle sind eindeutig mit ihren Austenitisierbedingungen während des selektiven Induktionsheizens korreliert.
References
1 Vollertsen, F.; Schulze Niehoff, H.; Hu, Z.: State of the art in micro forming. Int. J. Mach. Tool Manu.46 (2006) 11, pp. 1172–1179, 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.033Search in Google Scholar
2 Vollertsen, F. (Ed.): Micro Metal Forming. Springer-Verlag, Berlin, 2013, 10.1007/978-3-642-30916-8Search in Google Scholar
3 Cui, C.; Schulz, A.; Uhlenwinkel, V.: Co-spray forming of gradient deposits from two sprays of different tool steels using scanning gas atomizers. Steel Res. Int.84 (2013) 11, pp. 1075–1084, 10.1002/srin.201200266Search in Google Scholar
4 Cui, C.; Schulz, A.; Moumi, E.; Kuhfuss, B.; Böhmermann, F.; Riemer, O.: Grade tool material for mico cold forming via a novel spray forming process. Proceedings of the 10th TOOL Conference 2016 – TOOL 2016, 04.−07.10.16, Bratislava, Slovakia, ASMET, 2016, pp. 365–374Search in Google Scholar
5 Fritsching, U.: Spray simulation: modelling and numerical simulation of sprayforming metals. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2004, 10.1017/cbo9780511536649Search in Google Scholar
6 Henein, H.; Uhlenwinkel, V.; Fritsching, U. (Ed.): Metal Sprays and Spray Deposition. Springer International Publishing AG, Basel, Switzerland, 2017, 10.1007/978-3-319-52689-8Search in Google Scholar
7 Grant, P. S.: Solidification in Spray Forming. Metall. Mater. Trans. A38 (2007) 7, pp. 1520–1529, 10.1007/s11661-006-9015-3Search in Google Scholar
8 Roberts, G.; Krauss, G.; Kennedy, R.: Tool steels. 5th ed., ASM Int., Materials Park, OH, USA, 1998. – ISBN: 978-0-87170-599-0Search in Google Scholar
9 Cui, C.; Schulz, A.; Nadolski, D.: Selective heat Treatment of spray-formed composite tool steel. Contributed Papers from Materials Science and Technology 2017 (MS&T17), 08–12.08.17, David L. Lawrence Convention Center, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 2017, pp. 1164–1171. – ISBN: 978151085058310.7449/2017/mst_2017_1164_1171Search in Google Scholar
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