Influence of short-cycle heat treatment conditions on the hardness-toughness-relationship of the steels 51CrV4, 74NiCr2 mod. and 100Cr6∗ Translated title: Einfluss der Kurzzeitwärmebehandlungen auf die Härte-Zähigkeits-Beziehung der Stähle 51CrV4, 74NiCr2 mod. und 100Cr6

Abstract

The paper covers the effect of various heat treatment conditions, with a focus on short-cycle heat treatment, on the mechanical properties (hardness and toughness) of the steels 51CrV4, 74NiCr2 mod. and 100Cr6. To determine this property-relationship, micro-impact samples were heat treated under various conditions in a dilatometer. Afterwards the samples were tested regarding their impact toughness and Vickers hardness. Furthermore, additional investigations of the microstructure (optical), the retained austenite content (XRD) and the fracture behaviour (SEM) were performed. Selected dilatometric measurements on the transformation behaviour after short austenizing durations completed the investigation program. Tempering at temperatures in the range of 200 °C always provided a favourable property-relationship. While short-cycle heat treatment conditions only lead to a slightly reduced toughness at similar hardness, overheating resulted in a more significant loss in toughness with different severity for the three steel grades. Microstructural investigations provide additional information to explain this behaviour.

Kurzfassung

Diese Arbeit befasst sich mit den Einflüssen unterschiedlicher Wärmebehandlungsparameter auf die mechanischen Eigenschaften Härte und Zähigkeit mit dem Schwerpunkt auf Kurzzeitwärmebehandlungen der Stähle 51CrV4, 74NiCr2 mod. und 100Cr6. Dazu wurden Kleinstkerbschlagproben im Dilatometer mit verschiedenen Parametern wärmebehandelt. Die Proben wurden anschließend mittels Kerbschlagversuch und Mikrohärtemessung nach Vickers geprüft. Um die Aussagekraft der Untersuchungen zu vertiefen, wurden außerdem Bruchflächenuntersuchungen am Rasterelektronenmikroskop, Restaustenitbestimmungen mittels XRD und optische Gefügeuntersuchungen durchgeführt. Ergänzend wurde das Umwandlungsverhalten der Stähle nach einer Kurzzeitaustenitisierung ermittelt. Es zeigte sich, dass durch ein Anlassen bei 200 °C ein Optimum an Zähigkeit bei hohen Härten erreicht werden kann. Die Kurzzeitwärmebehandlungen führten in der Regel zu einer leichten Verschlechterung der Eigenschaften, während eine Überhitzung abhängig vom Werkstoff eine deutliche Abnahme der Zähigkeit zur Folge hat. Die mikroskopischen Untersuchungen ermöglichen dieses Verhalten zu erklären.