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In this paper, the temperature dependent cyclic mechanical properties of the martensitic hot work tool steel 1.2367 after tempering are investigated. To this end, hardness measurements as well as monotonic and cyclic tests at temperatures in the range from room temperature to 650 °C are performed on material tempered for different tempering times and temperatures. To describe the observed time and temperature dependent softening during tempering a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is developed. Furthermore, mechanism-based as well as phenomenological relations for the cyclic mechanical properties of the Ramberg-Osgood model depending on carbide size and temperature are introduced. A good overall agreement of the measured and the calculated stress-strain hysteresis loops for different temperatures and heat treatments is obtained using the determined material properties of the kinetic and mechanical model.
Warmumformwerkzeuge unterliegen während des Betriebes komplexen thermischen und mechanischen Beanspruchungen. In kritischen Bereichen können dadurch lokal Spannungen entstehen, die die Fließgrenze überschreiten. Bei der Serienproduktion führt dies zu zyklischen plastischen Verformungen und zur thermomechanischen Ermüdung, welche die Lebensdauer der Warmumformwerkzeuge maßgeblich bestimmen kann. Zur Bewertung der thermomechanischen Ermüdung der Warmumformwerkzeuge gibt es jedoch heute keine etablierten Konzepte, da dieser Aspekt erst durch die Notwendigkeit einer höheren Ressourcen- und Energieeffizienz und optimierter Produktionsprozesse (beispielsweise im Rahmen von Industrie 4.0) eine höhere Aufmerksamkeit erreicht. In dieser Arbeit wird zum einen die aktuell industriell angewandte Vorgehensweise zur Auslegung von Warmumformwerkzeugen hinsichtlich der Lebensdauer erläutert. Des Weiteren wird ein Überblick über existierende Plastizitätsmodelle und Lebensdauermodelle gegeben. Dabei wird zwischen rein phänomenologischen und mechanismenbasierten Modellen unterschieden. Aus der betriebenen Recherche wird ersichtlich, dass weiterer Forschungsbedarf auf diesem Gebiet notwendig ist.