Influence of Increased Manganese Content on the Precipitation Behaviour of AISI H10 in Thermomechanical Fatigue Tests

Abstract

Nitriding as well as the application of hard coatings are common surface layer modifications to reduce wear of forging dies and thereby increasing tool’s lifetime. This study aims for increasing forging dies wear resistance by alloying a hot-working tool steel (AISI H10) with manganese. A reduction of the material-specific ac1b-temperature has been shown in previous investigations and facilitates cyclic surface reharding effects by cyclic thermomechanical loading. This paper deals with the influence of the alloying element manganese on the precipitation behaviour of carbides during cyclic thermomechanical loading and their positive influence on thermomechanical fatigue, hardness, impact toughness as well as maximum true stress in compression tests. As a result, the manganesemodified hot-working tool steel AISI H10 showed a more homogenous distribution of precipitated carbides. In addition, the material modification resulted in an advantageous thermomechanical fatigue behaviour and has not shown a stress drop after cyclic thermomechanical loading. Especially at elevated temperatures an increased maximum true stress and impact toughness was achieved by manganese alloying the hot-working tool steel AISI H10.

Abstract

Das Nitrieren und die Applikation von Hartstoffschichten sind häufig verwendete Verfahren zur Modifizierung der Randschicht, um den Verschleiß von Schmiedegesenken zu reduzieren und dadurch die Standmenge der Werkzeuge zu steigern. Diese Studie zielt auf eine Erhöhung der Veschleißbeständig-keit des Warmarbeitsstahls 1.2365 durch das Hinzulegieren des Elements Mangan ab. In vorherigen Studien konnte festgestellt werden, dass durch die Zugabe von Mangan die materialspezifische Ac1b-Temperatur abgesenkt werden kann und infolge der prozessbedingten thermozyklischen Wechselbeanspruchung beim Schmieden eine Neuhärtung der Randschicht begünstigt wird. Im Rahmen dieser Studie wird der Einfluss des Legierungselements Mangan hinsichtlich des Ausscheidungsverhaltens von Karbiden unter thermomechanischer zyklischer Wechselbeanspruchung sowie deren positiver Einfluss auf das thermomechanische Ermüdungsverhalten, die Härte, die Kerbschlagzähigkeit und die maximale wahre Spannung im Druckversuch untersucht. Als Ergebnis zeigte der modifizierte Warmarbeitsstahl 1.2365 eine homogenere Karbidverteilung. Zusätzlich resultierte die Materialmodifikation in einem vorteilhaften thermomechanischen Ermüdungsverhalten und zeigte nach der thermomechanischen Wechselbeanspruchung für die betrachteten Zyklen keinen Spannungsabfall. Insbesondere bei höheren Temperaturen konnte eine erhöhte maximale wahre Spannung und Kerbschlagzähigkeit durch das Manganlegieren des Warmarbeitsstahls 1.2365 erreicht werden.