Sensor-controlled bainitic transformation and microstructure formation of forgings during the cooling process

Bainitic steels are increasingly employed for manufacturing high‐performance forged components because they provide several advantages over martensitically hardened and tempered steels and can obtain their desired microstructure directly from the forging heat. However, especially during the heat treatment from the forging heat, many process parameters influence the microstructure formation in the component's surface and core regions, so that reliable predictions about the transformations using continuous cooling transformation diagrams and computational simulations are challenging. Within the framework of the project “EcoForge” a measuring system was developed, that non‐destructively monitors the materials transformation as well as the phase and microstructure formation in situ during cooling from the austenite. The onset of the transformation, the current transformation level and the end of the transformation is reliably detected, so that process times can be optimised. Using characteristic signal profiles it is also possible to differentiate and classify the formation of microstructures, e.g. bainite and martensite, to regulate the cooling parameters and specifically set the component's properties. Owing to its robustness and the potential for evaluating the measured signal profiles online in real time, the testing system is also suitable for online‐quality control in industrial forging and heat treatment lines. Im Bereich der Hochleistungs‐Schmiedebauteile werden die konventionellen Vergütungsstähle in zunehmendem Maße durch bainitisch umwandelnde Stähle ersetzt. Bainitische Gefüge weisen ein gutes Schädigungsverhalten auf und lassen sich direkt aus der Schmiedewärme einstellen, sodass weitere Wärmebehandlungsschritte wie beim Vergüten entfallen und die Prozesskette verkürzt werden kann. Aufgrund des starken Einflusses der Prozessparameter beim Erwärmen, Schmieden und Abkühlen auf die resultierende Gefügeausbildung im Kern‐ und Randbereich des Bauteils ist eine Vorhersage der Gefügeausbildung anhand von Zeit‐Temperatur‐Umwandlungs‐Diagrammen und Simulationsberechnungen, insbesondere bei der Abkühlung direkt aus der Schmiedewärme, jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Im Rahmen des Projektes „EcoForge“ wurde ein robustes Messsystem für den Einsatz im industriellen Umfeld entwickelt, das die zerstörungsfreie in situ Erfassung der realen Werkstoffumwandlung und Gefügeausbildung im Bauteil bereits während der Abkühlung aus dem Austenitgebiet im P