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Poster

Qualitative und quantitative Gefügeauswertung von ferritischen Schweißgütern unter Berücksichtigung der MA-Mikrophasenverteilungen

Foyer
Bestandteil von:
Beiträge:
- Poster Einfluss der y´- Phase auf das Kriechverhalten einer neuen polykristallinen Nickelbasislegierung (AD730) 1 Anne Hesselink
- Poster Präparation von Rohrquerschnittserien kommerzieller Wärmetauscherrohre 0 Dr. Dirk Bettge
- Poster Bestimmung von Ausscheidungszuständen mittels elektrischer Widerstandmessung 1 Dr.-Ing. Dominik Britz
- Poster 3D Metallographie einer Bruchfläche 1 Fabian Mariano
- Poster Enveloppen-Methode zur Auswertung von Größenverteilungen bei Vergröberungsprozessen 1 Prof. Dana Zöllner
- Poster Gefüge und mechanische Eigenschaften von historischen und aktuellen Stahlträgern im Vergleich - Ein Beitrag zur Sanierung historischer Stahlbaukonstruktionen 1 Dr. Veneta Schubert
- Poster Qualitative und quantitative Gefügeauswertung von ferritischen Schweißgütern unter Berücksichtigung der MA-Mikrophasenverteilungen 0 Oliver Brätz
- Poster Monitoring of phase transformations in steels by in-situ electrical resistance measurements 1 Dr. Mihael Bruncko
- Poster Quantitative Ermittlung von Gefügestrukturinformationen mittels korrelativer Mikroskopie und EBSD an weichmagnetischen Verbundwerkstoffen für elektrische Maschinen 1 Dominic Hohs
- Poster Einfluss von LTT-Decklagen auf die Mikrostruktur- und Härteentwicklung von Mehrlagenschweißungen 1 Dr.-Ing. Jens Gibmeier
- Poster Metallographische Untersuchungen an gebrochenen Hüftprothesen mit Schaftadapter 0 Dr. Dirk Bettge
- Poster Metallographische Zielpräparation von Ungänzen im Zusammenspiel mit ZfP-Methoden 0 Dr. Dirk Bettge
- Poster Variation des Restaustenitgehalts im hochstickstofflegierten martensitischen Werkzeugstahl X30CrMoN15-1 (1.4108) 0 Dajana Valenta
- Poster Ehemalige Austenitkorngrenzen zum Vorschein bringen - Ätzmittel unter der Lupe 1 Dr.-Ing. Dominik Britz
- Poster Einflüsse der EBSD-fähigen Randbereichspräparation bei Eisenwerkstoffen verschiedener Härtegrade 0 Kai Rochlus

Zusatzveranstaltung Postersession
Gehört zu:


Im Bereich von Schweißzusätzen (Fülldrahtelektroden) für Hochleistungsschmelzschweißverfahren werden aktuell von Forschungsinstituten und Schweißzusatzherstellern große Entwicklungsaufwände betrieben. Diese Tätigkeiten sollen es ermöglichen, äußerst wirtschaftliche Schweißverfahren, wie das Elektrogasschweißen, zum einlagigen Fügen dickwandiger, (t: 10- 40 mm) hochbeanspruchter Offshorebauteile trotz immenser thermischer Belastungen der Werkstoffe beim Schweißen nutzen zu können.


Die teilweise sehr hohen Anforderungen der Klassifikationsgesellschaften (z.B. GL, DNV, ABS, TÜV u.A.) an die aufnehmbare Kerbschlagarbeit geschweißter Bauteile (z.B. Monopiles für Offshore Windenergieanlagen) gelten für die verwendeten unlegierten Baustähle (DIN EN 10225) und deren Wärmeeinflusszonen (WEZ) sowie die erzeugten Schweißgüter (SG). Kennzeichnend für das spätere Schweißgutgefüge ist die an der Schmelzlinie des Grundwerkstoffes beginnende Kristallisation (Epitaxie) von Stengelkristallen (Delta-Eisen) und Wachstum dieser in Richtung des Mittelpunktes der SG-Schmelze (konstitutionelle Unterkühlung). Mit sinkender Temperatur bilden sich an den Korngrenzen der Delta-Stengelkristalle Gamma-Stengelkristalle, welche später in Alpha umwandeln. Aufgrund der hierfür benötigten Diffusion von Kohlenstoff kommt es während der Gamma-->Alpha Umwandlung zu Mikroseigerungserscheinungen und lokal sehr hohen Kohlenstoffkonzentrationen, was die Bildung von Mikrophasen wie Martensit (M), Austenit (A) und Karbiden (C) erlaubt. Im Gegensatz zu dem Grundwerkstoff muss beim erschmolzenen, einlagigen Schweißgut auf den Einsatz einer eigenschaftsgebenden Wärmebehandlung (z.B. Normalglühen) bzw. Walztechnik (z.B. thermomechanisches Walzen) nach dem Schweißen („gießen“) verzichtet werden. Das Schweißgut muss mit seiner primären Gussstruktur (as welded) allen geforderten Eigenschaften gerecht werden.


Zum Erlangen bester mechanisch-technologischer Eigenschaften wird das Legieren des Zusatzwerkstoffes darauf ausgelegt, möglichst hohe Anteile von Nadelferrit in der Gefügematrix des Schweißgutes zu erzeugen. Diese überaus feinkörnige Ferritmodifikation kristallisiert vornehmlich intragranular im ehemaligen ?-Stengelkristall an hierfür geeigneten, heterogenen Keimstellen (oxidische Einschlüssen). Ferritmorphologien, die bei höheren Umwandlungstemperaturen überwiegend intergranular entstehen, wie z.B. der polygonaler Ferrit und insbesondere der Widmanstättenferrit, gilt es aufgrund ihrer Korngröße bzw. Anordnung von gerichteten Sekundärphasen (MAC) zu vermeiden. Auf der anderen Seite sollte das Auftreten von Gefügebestandteilen verhindert werden, welche nochmals geringere Umwandlungstemperaturen als der Nadelferrit aufweisen. Speziell die obere Zwischenstufe mit ihren parallelen Ferritplatten und gerichteten MAC auf den Korngrenzen verschlechtert in ähnlicher Art und Weise wie der Widmanstättenferrit die Eigenschaften des Schweißgutes ganz erheblich. Neben der ferritischen Matrix ist die Häufigkeit und Verteilung der MA-Mikrophasen ein entscheidender Faktor bezüglich der Eigenschaften des Schweißgutes. In der Literatur werden diese als Startpunkte für sprödes Werkstoffversagen („Local Brittle Zones“) genannt und ihre Wirkung überwiegend in der WEZ von Stählen untersucht und beschrieben.


Im vorliegenden Beitrag soll eine Untersuchung- und Bewertungsmethodik beschrieben werden, welche es erlaubt, unter identischen Randbedingungen erzeugte Schweißgüter (identisches Schweißverfahren und Abkühlbedingungen, vergleichbare Legierungssysteme usw.) qualitativ und quantitativ miteinander zu vergleichen. Eine solche Methodik ist für eine systematische Schweißzusatzwerkstoffentwicklung dringend von Nöten. Hierbei wurde sich auf die entsprechende IIW-Richtlinie zur Bestimmung ferritischer Schweißgutmatrizen (Nital Ätzung, Linienschnittverfahren) gestützt. Zusätzlich kam es zur softwaregestützten Auswertung des Flächenanteils und Flächendichte bzw. Dispersität der MA-Mikrophasen (LePera Ätzung). Es zeigte sich, dass die Bewertung der ferritischen Matrix alleine nicht ausreichend war, um innerhalb einer Versuchsreihe das Schweißgutgefüge mit den mechanisch-technologischen Eigenschaften (z.B. aufgenommene Kerbschlagarbeit) allumfänglich in Korrelation bringen zu können. Die zusätzliche Bewertung der MA-Dispersität erlaubte hingegen eine Vorabdeutung der mechanisch-technologischen Eigenschaften. Hierbei konnten folgende Sachverhalte festgestellt werden:

- mit steigendem Nadelferritanteil (AF) steigt die Kerbschlagzähigkeit und Streckgrenze

- Ferrit mit gerichteten Sekundärphasen (FS) verschlechtern signifikant die Kerbschlagzähigkeit

- auf den ehemaligen Gamma-Stengelkristallkorngrenzen konzentrierte MA-Phasen (intergranular) verschlechtern die Kerbschlagzähigkeit, fein disperse (intragranular) MA zwischen den AF-Körner verbessern sie

- entgegen der Literatur steigt die Kerbschlagzähigkeit mit dem MA-Flächenanteil (MA-FA), bei identischen AF-Anteilen

- mit steigendem MA-FA steigt auch die MA-Flächendichte (MA-FD, Dispersität), sie wurde als bestimmendes Kriterium gewählt

- überwiegend steigt mit dem AF-Anteil auch die MA-FD an

- bei Proben mit identischen AF-Anteilen steigt die Kerbschlagzähigkeit mit der MA-FD an oder sinkt bei erhöhten FS-Anteilen

- es wird angenommen, dass mit sinkender AF-Korngröße eine Steigerung von MA-FD zumindest teilweise zu erklären ist

- bei stark variierender Mischkristall- und/oder Teilchenverfestigung durch entsprechende Legierungselemente versagt die Vergleichsmöglichkeit innerhalb der Reihe

- die beschriebene Methode ist einfach einsetzbar, ausschließlich Lichtmikroskopie


Das daraus abgeleitete Modell ermöglicht schnell zu ermittelnde und präzise Vorhersagen zu Zähigkeitseigenschaften primärerstarrter ferritischer Schweißgüter und –verbindungen und kann somit einen Beitrag leisten, häufig auftretende Fragestellungen sowie Probleme in der industriellen Anwendung zu lösen.

 

Sprecher/Referent:
Oliver Brätz
Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik
Weitere Autoren/Referenten:
  • Richard Banaschik
    Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik
  • Prof. Dr. Knuth-Michael Henkel
    Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik

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