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Austempered ductile iron heat treatment for machine hammer peening of milled tool surfaces

Scheil, Jan and Steitz, Manuel and Müller, Clemens (2016):
Austempered ductile iron heat treatment for machine hammer peening of milled tool surfaces.
In: Materials Science & Engineering Technology, pp. 335-340, 47, (4), ISSN 1521-4052, [Article]

Abstract

Austempered ductile iron (ADI) has become a competitive material to conventional steels. In addition to its favorable price the main reasons are its mechanical properties can be adjusted over a wide range via heat treatment. Austempered ductile iron consists of ferrite, graphite and metastable austenite. Tailoring its microstructure (phase fractions, stability) with regard to the application is an important challenge. A cast iron used for forming dies is EN-JS2070. In earlier studies it could be shown that EN-JS2070 can be transformed into austempered ductile iron 1. Machine hammer peening, causes martensitic transformation of the metastable austenite and leads to hard and smooth surfaces. Focus of this study is to optimize the microstructure with regard to machine hammer peening process. Before and after machine hammer peening the sample surfaces were characterized using optical and laser microscopy, X-ray diffraction and hardness measurement. It could be shown that a combination of high amount of metastable austenite with a high carbon content leads to the best results in surface roughness and hardness. Austenitisch-ferritisches Gusseisen ist ein ernstzunehmendes Konkurrenzmaterial zu herkömmlichen Stählen. Zusätzlich zu seinem niedrigen Preis, können dessen mechanische Eigenschaften über einen weiten Bereich hin angepasst werden. Die Mikrostruktur besteht aus Ferrit, Graphit und metastabilem Austenit. Die Mikrostruktur auf die jeweilige Anwendung hin anzupassen, ist eine große Herausforderung. Für Tiefziehwerkzeuge wird im Allgemeinen der Grauguss EN-JS2070 verwendet. Es konnte bereits gezeigt werden, dass dieser Werkstoff in den austenitisch-ferritischen Zustand überführt werden kann 1. Maschinelles Oberflächenhämmern auf diesem Werkstoff führt zu Umwandlung des metastabilen Austenits in Martensit und es entstehen sehr harte und gleichzeitig glatte Oberflächen. In den hier dargestellten Versuchen wird die Mikrostruktur auf das Maschinelle Oberflächenhämmern hin angepasst. Vor und nach dem Hämmern wird die Oberfläche mit Lasermikroskop, Röntgendiffraktometrie und Härtemessungen charakterisiert. Es kann gezeigt werden, dass ein Austentisch-Ferritsches Gefüge mit hohem Austenitgehalt und hohem Kohlenstoffgehalt im Austenit zu den besten Ergebnissen hinsichtlich Aufhärtung und Einglättung führt.

Item Type: Article
Erschienen: 2016
Creators: Scheil, Jan and Steitz, Manuel and Müller, Clemens
Title: Austempered ductile iron heat treatment for machine hammer peening of milled tool surfaces
Language: English
Abstract:

Austempered ductile iron (ADI) has become a competitive material to conventional steels. In addition to its favorable price the main reasons are its mechanical properties can be adjusted over a wide range via heat treatment. Austempered ductile iron consists of ferrite, graphite and metastable austenite. Tailoring its microstructure (phase fractions, stability) with regard to the application is an important challenge. A cast iron used for forming dies is EN-JS2070. In earlier studies it could be shown that EN-JS2070 can be transformed into austempered ductile iron 1. Machine hammer peening, causes martensitic transformation of the metastable austenite and leads to hard and smooth surfaces. Focus of this study is to optimize the microstructure with regard to machine hammer peening process. Before and after machine hammer peening the sample surfaces were characterized using optical and laser microscopy, X-ray diffraction and hardness measurement. It could be shown that a combination of high amount of metastable austenite with a high carbon content leads to the best results in surface roughness and hardness. Austenitisch-ferritisches Gusseisen ist ein ernstzunehmendes Konkurrenzmaterial zu herkömmlichen Stählen. Zusätzlich zu seinem niedrigen Preis, können dessen mechanische Eigenschaften über einen weiten Bereich hin angepasst werden. Die Mikrostruktur besteht aus Ferrit, Graphit und metastabilem Austenit. Die Mikrostruktur auf die jeweilige Anwendung hin anzupassen, ist eine große Herausforderung. Für Tiefziehwerkzeuge wird im Allgemeinen der Grauguss EN-JS2070 verwendet. Es konnte bereits gezeigt werden, dass dieser Werkstoff in den austenitisch-ferritischen Zustand überführt werden kann 1. Maschinelles Oberflächenhämmern auf diesem Werkstoff führt zu Umwandlung des metastabilen Austenits in Martensit und es entstehen sehr harte und gleichzeitig glatte Oberflächen. In den hier dargestellten Versuchen wird die Mikrostruktur auf das Maschinelle Oberflächenhämmern hin angepasst. Vor und nach dem Hämmern wird die Oberfläche mit Lasermikroskop, Röntgendiffraktometrie und Härtemessungen charakterisiert. Es kann gezeigt werden, dass ein Austentisch-Ferritsches Gefüge mit hohem Austenitgehalt und hohem Kohlenstoffgehalt im Austenit zu den besten Ergebnissen hinsichtlich Aufhärtung und Einglättung führt.

Journal or Publication Title: Materials Science & Engineering Technology
Volume: 47
Number: 4
Uncontrolled Keywords: Machine hammer peening; mechanical surface treatment; austempered ductile iron; deformation induced martensite
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Physical Metallurgy
16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU)
Date Deposited: 02 May 2016 09:12
Identification Number: doi:10.1002/mawe.201600469
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