TRIP-Stahl
TRIP-Stähle (TRansformation Induced Plasticity, Deutsch: umwandlungsbewirkte Plastizität) sind moderne, 1990 von der ThyssenKrupp AG entwickelte, besonders hochfeste Stahllegierungen.
TRIP-Stähle sind fester und dabei gleichzeitig dehnbarer als herkömmliche Stahlsorten. Sie ermöglichen dadurch die Herstellung leichterer Bauteile bei gleicher Festigkeit und Dehnbarkeit. Diese Eigenschaften macht TRIP-Stähle zu besonders interessanten Werkstoffen für die Automobilindustrie, in der sie heute zunehmend häufig verarbeitet werden.
Bestandteile
TRIP-Stahl besteht hauptsächlich aus mehreren Phasen von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen; im Wesentlichen aus Ferrit, karbidfreien Bainit und metastabilem kohlenstoffreichen Restaustenit, der sich verformungsinduziert in Martensit umwandelt. Weiter sind typische Legierungszusätze für austenitische Stähle, die sogenannten Austenitbildner Nickel, Chrom, Kobalt, Kohlenstoff, Mangan und Stickstoff üblich. Die Besonderheit bei TRIP-Stähle sind höhere Legierungszusätze von Silizium und Aluminium deren Beimengung den sogenannten TRIP-Effekt beeinflusst bzw. steuerbar macht.
TRIP-Effekt
Der TRIP-Effekt ist die besondere Martensitbildung bei Verformung. Dies bewirkt eine gleichzeitige Steigerung der Härte und Verformbarkeit bei mechanischer Verformung in der Produktherstellung oder -Verwendung. Die Ausprägung des Effekts wird hauptsächlich durch die kostengünstigen Legierungselemente Aluminium und Silizium beeinflusst. Zusätzlich können dabei wesentlich teurere Legierungselemente wie Nickel eingespart werden.
Die werkstoffeigene Streckgrenze liegt höher als bei vergleichbaren Stählen, da das Silicium die Form der Mischkristallverfestigung ermöglicht. Sobald es bei der Verformung in den plastischen Bereich kommt, beginnt der metastabile kohlenstoffreiche Austenit sich verformungsinduziert in Martensit umzuwandeln. Dadurch wird der TRIP-Stahl nach der plastischen Verformung gezielt verfestigt.
Herstellung
Die gewünschte Stahllegierung wird zunächst auf die Rekristallisationstemperatur gebracht und dort eine gewisse Zeit lang belassen, um vorhandene Gitterfehler durch neue Keimbildung und Kornwachstum zu entfernen. Es liegen im Gefüge Ferrit und Austenit vor. Anschließend wird das geglühte Gefüge auf die T_B Temperatur abgeschreckt, d.h. die Abkühlgeschwindigkeit muss über der kritischen sein, um diffusionsbedingte Phasenumwandlungen zu vermeiden. Es bilden sich im Gefüge folgende Bestandteile aus: - Ferrit - karbidfreier Bainit (deswegen werden Silicium Legierungen verwendet, die eine Karbidbildung verhindern) - kohlenstoffreicher Austenit Zur Beruhigung wird das Gefüge eine Zeit lang auf der Temperatur T_B gehalten und daraufhin auf die Raumtemperatur abgeschreckt zu werden. Es bildet sich dabei folgendes Gefüge aus: - Ferrit - karbidfreier Bainit - metastabiler kohlenstoffreicher Austenit
Es bildet sich bei Raumtemperatur kein Martensit, da die Martensitbildungsstarttemperatur bei hohen Kohlenstoff Gehalten im Austenit unter der Raumtemperatur liegt.