Influence of different deep cryogenic treatment routes on the properties of high speed steel Translated title: Der Einfluss verschiedener Cryobehandlungen auf die Eigenschaften von Schnellarbeitsstählen

Abstract

An intensive research work was carried out in the frame of a RFCS (Research Found for Coal and Steel) project, to investigate the influence of different deep cryogenic treatments (DCT) on hardness, strength, toughness and wear resistance of AISI M2. Short and a long classical DCT, providing the soaking at temperature close to the boiling point of liquid nitrogen (−196°C) for 6h and 20h, respectively, were carried out prior to and after tempering. Furthermore, a third short DC route, providing temperature cycling between RT and low temperature was also considered. Care was taken to avoid stabilization of retained austenite or self tempering due to wait at room temperature prior to DCT and/or tempering. All treatments were calibrated to get 840HV10, in order to compare the properties of steel with the same reference hardness. DCT does not allow the complete transformation of retained austenite in the investigated high speed steel, due to the stabilizing effect of alloying elements. Tempering is necessary to completely transform this phase and to allow proper secondary hardening. If carried out after quenching, DCT shifts the secondary hardness peak to lower temperature, evidencing the need to adjust the tempering parameters to avoid overtempering. The microstructure didn't show any significant influence of DCT in terms of carbides distribution, due to the conditioning of martensite at low temperature. The same can be also concluded for the other properties (toughness, tensile strength and wear resistance), which are practically the same for samples having the same hardness.

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit aus dem Projekt RFCS (Research Found for Coal and Steel) wird der Einfluss unterschiedlicher Cryobehandlungen (DCT) auf Härte, Zugfestigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit des Werkstoffes AISI M2 untersucht. Klassische DCT mit Flüssigstickstoff (−196°C) wurden vor und nach dem Anlassen durchgeführt. Des Weiteren wurde eine Tiefkühl-Variante mit Temperaturwechseln zwischen RT und Tiefkühltemperatur untersucht. Dabei wurde vor dem Tiefkühlen bzw. Anlassen darauf geachtet, eine Stabilisierung des Restaustenits oder ein Selbstanlassen während zu langer Wartezeiten bei Raumtemperatur zu vermeiden. Alle Behandlungen wurden auf eine Zielhärte von 840 HV 10 ausgerichtet, um die Materialeigenschaften bei gleicher Härte vergleichen zu können. Auch die Cryobehandlung der untersuchten Schnellarbeitsstähle erlaubt wegen der Stabilisierung durch den Gehalt an Legierungselementen nicht die vollständige Umwandlung des Restaustenits. Um das zu erreichen und um eine sachgerechte Sekundärhärtung zu erzielen, ist ein Anlassen notwendig. Wird eine Tiefkühlung nach dem Abschrecken durchgeführt, reduziert sie die Temperatur maximaler Sekundärhärtung. Deswegen müssen die Anlassparameter nach dem Tiefkühlen so angepasst werden, dass eine Überalterung vermieden wird. Das Gefüge, insbesondere die Carbidverteilung, wurde durch das DCT nicht merklich beeinflusst, was auf die Martensitbildung bei tiefen Umwandlungstemperaturen zurückgeführt werden kann. Gleiches gilt für die anderen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit), die bei Proben gleicher Härte auch beinahe identische Werte aufwiesen.