Examensarbetet handlade om undersökning av inverkan av värmebehandling på struktur och mekaniska egenskaper hos två verktygsstål för varmarbete DIEVAR och VIDAR SUPREME från Uddeholm Tooling AB. Bakgrunden till detta arbete var att det vid framställning av varmarbetsverktygsstål som DIEVAR är svårt att erhålla en finkornig struktur i leveranstillstånd och misstankar om att för höga austenitiseringstemperaturer och för låga svalningshastigheter kan försämra de mekaniska egenskaperna hos stålet. Arbetet omfattade undersökning av kornstorleksfördelning hos tre charger av DIEVAR och två charger av VIDAR SUPREME med två olika värmebehandlingar. Det kunde konstateras att korntillväxt ägde rum hos DIEVAR vid långsam uppvärmning till austenitiserings-temperatur. Polerade ytor av DIEVAR studerades i SEM för att kunna utvärdera karbidfördelning. Det visade sig att Mo- karbider minskade i antal och storlek med ökande uppvärmningstid till austenitområde. Det är känt att karbidutskiljningar agerar som initieringspunkter för brott och försämrar de mekaniska egenskaperna hos materialet. För att kunna utvärdera påverkan från värmebehandling på styrka och slagseghet gjordes dragprov och slagprov för DIEVAR med två olika värmebehandlingar. Resultat av dragprovning visade att materialet austenitiserat vid högre temperatur hade högre hårdhet, högre brottgräns och mindre areakontraktion. Slagsegheten var något högre för materialet austenitiserat vid högre temperatur vilket kan bero på att vid austenitiseringen går mer karbider in i fast lösning, vid anlöpningen bildades finfördelade karbidutskiljningar och mindre andel bainit bildas vid svalningen. Studier av brottytor i SEM visade ett rent klyvbrott med ojämn kornstorleksfördelning. Studier av omslagskurvor som utfördes för DIEVAR och VIDAR SUPREME visade att materialet övergår från sprött till duktilt med ökande provningstemperatur och DIEVAR hade mycket högre värde på slagenergi än VIDAR SUPREME. Vid undersökning av anlöpningsbeständighet hos DIEVAR med 5 olika värmebehandlingar visade det sig att hårdheten minskar med ökande hålltider. Anlöpningsbeständighet avtar med avtagande austenitiseringstemperatur och tid. Studier av termisk utmattningshållfasthet gjordes för DIEVAR med 5 olika värme-behandlingar. Polerade ytor studerades i ljusmikroskop. Stora skillnader i sprickdjupet visade provstavarna austenitiserade vid 1030ºC och vid 1000ºC med långsam uppvärmning till austenitområde och långsam svalning. DIEVAR austenitiserat vid 1030ºC hade mycket mindre sprickdjup än DIEVAR austenitiserat vid 1000ºC vilket kan bero på att vid lägre austenitiseringstemperatur med långsam svalning bildades större andel av bainit med grov mikrostruktur vilket försämrar termisk utmattningshållfasthet. Högre austenitiserings-temperatur ger lägre värmeutvidgningskoefficient och bättre anlöpningsbeständighet vilket förbättrar termisk utmattningshållfasthet. Undersökning av omvandlingsprodukter vid härdning gjordes för DIEVAR med 4 olika värmebehandlingar. Resultatet visade att bainitbildning startar senare och vid lägre temperatur om materialet austenitiserades vid högre temperatur. Materialet austenitiserat vid högre temperatur visade högre hårdhet vilket tyder på större martensitandel i mikrostrukturen. Resultat av detta examensarbete visade att austenitisering vid lägre temperatur, som i detta fall vid 1000ºC medförde försämring av mekaniska egenskaperna som slagseghet, termisk utmattningshållfasthet och anlöpningsbeständighet. För att kunna undvika den negativa påverkan på mekaniska egenskaperna rekommenderas austenitisering vid högre än 1000ºC med övre gränsen på 1030ºC.

This work was initiated to investigate the effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of hot work tool steels DIEVAR and VIDAR SUPREME, and supplied by Uddeholm Tooling AB. The background was fear that austenitizing temperature and cooling rates may impair the mechanical properties of these hot work tool steels. The grain size distribution was studied for three charges of DIEVAR and one charge of VIDAR SUPREME with two different heat treatments. Polished and etched surfaces of specimens were investigated in a light optical microscope and these studies gave the result that the heat treatments with slow heating rates up to austenitizing temperature caused the grain growth and gave coarser microstructure. The estimation of non-metallic inclusions in three charges of DIEVAR has also been done. Polished surfaces have been studied in SEM (Scanning Electron Microscope) to describe the carbide precipitation. It was found that Mo- carbides began to be smaller and dissolved into solid solution if the heating rates up to austenitizing temperature were too slow. The most stable carbides were V- carbides. The undissolved carbides help maintain the necessary fine austenite grain size. Volume fraction of carbides reduced with increased austenitizing temperature. Carbide precipitation in grain boundaries caused intergranular fracture and impaired the mechanical properties. To know the effect of heat treatment on the mechanical properties of DIEVAR the tensile test and the instrumented impact test Charpy-V for two different heat treatments have been performed. The result of the tensile test showed that increased austenitizing temperature caused higher hardness, higher tensile strength and smaller area contraction. The impact energy was higher for DIEVAR austenitized at higher temperature which could depend on that more carbides dissolved into the solid solution, volume fraction of bainite was smaller and carbide precipitation was finer. Fractured surfaces of DIEVAR were studied in SEM and had the cleavage type failure. Tempering stability testing has been done for DIEVAR with five different heat treatments. It showed that the tempering stability impaired with reduced austenitizing temperature and reduced austenitizing time. Higher tempering stability can prolong the service life of the material. Studies of thermal fatigue have been done for DIEVAR with five different heat treatments. Top temperature was 700ºC and bottom temperature was 20ºC with air cooling between cycles. Polished surfaces were investigated in a light optical microscope and these studies showed big differences in crack depth. The specimens, which were austenitized at 1030ºC, had much smaller crack depth that the specimens, austenitized at 1000ºC. Both heat treatments had slow cooling rates and slow heating rates up to austenitizing temperature. This difference in crack depth could depend on that lower austenitizing temperature and slow cooling rates caused cyclic softening, bigger volume fraction of bainite and bigger coefficient of thermal expansion. Studies of transformation during heat treatment have been done for DIEVAR with four different heat treatments. The result showed that bainite formation began later and at lower temperature if the material was austenitized at higher temperature. The material, which was austenitized at higher temperature, had higher hardness caused by bigger volume fraction of martensite. The impact strength was studied for DIEVAR and VIDAR SUPREME at –196ºC, -20ºC, 20ºC, 100ºC, 200ºC, 300ºC, 400ºC and 500ºC. The result showed that both materials began to be more ductile at higher testing temperature. DIEVAR had much higher impact strength than VIDAR SUPREME. Results of this work showed that austenitizing at 1000ºC caused the deterioration of impact energy, thermal fatigue and tempering stability. To avoid these negative effects on the mechanical properties have been recommended austenitizing above 1000ºC but below 1030ºC.