Wechselwirkung zwischen dem Ausgangs-Werkstoffzustand und den daraus folgenden Eigenschaften plasmanitrierter austenitischer Stähle

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Bräuer; Dr.-Ing. Holger Hoche
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321139694

Das Forschungsprojekt zielt auf die ganzheitliche Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dem Plasmanitrierungsprozess, dem Werkstoffzustand des zu behandelnden austenitischen Stahls und den resultierenden Eigenschaften unter besonderer Berücksichtigung des Korrosionsverhaltens ab. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die Verschleißbeständigkeit von der Dicke der sich bei der Plasmanitrierung bildenden S-Phase dominiert wird. Dabei wurde festgestellt, dass mit zunehmendem Verformungsgrad im Ausgangsmaterial, d.h. je mehr Defekte in Form von Gleitlinien oder verformungsinduziertem Martensit eingebracht wurden, die Dicke der S-Phase bei sonst identischen Behandlungsbedingungen steigt.Es zeigten sich deutliche Einflüsse zwischen Werkstoff, Gefüge- und Oberflächenzustand auf das Korrosionsverhalten. Insbesondere die Erhöhung der Defektdichte durch plastische Verformung verschlechtert die Korrosionsbeständigkeit der nitrierten Stähle im Salzsprühtest. Entgegen der herrschenden phänomenologischen Vorstellung, indem eine Reduzierung der Behandlungstemperatur eine Verbesserung des Korrosionsverhaltens bewirkt, zeigten die in einem Niedertemperaturprozess bei 370°C für 960 min behandelten Proben ein deutlich schlechteres Korrosionsverhalten im Salzsprühtest als die bei 420°C für 360 min nitrierten Proben, wobei mit beiden Parametersätzen gut übereinstimmende Dicken der S-Phase erzielt wurden. Die Ursache für dieses Verhalten wird in der Bildung von Ausscheidungen gesehen, infolge derer die Matrix an Chrom verarmt. Zur mechanismenbasierten Beschreibung des Ausscheidungsmechanismus in Abhängigkeit von Ausgangsgefüge und Behandlungsparametern werden im hier beantragen Zeitraum systematische TEM-Untersuchungen durchgeführt. Weiterhin zeigten potenziodynamische Polarisationsversuche, dass alle Werkstoffzustände (nitriert und unnitriert) in H2SO4 beständig waren. In NaCl zeigten die nitrierten Proben hinsichtlich des Korrosionsverhaltens gute Übereinstimmung mit den im Salzsprühtest identifizierten Zusammenhängen. Allerdings wiesen alle unnitrierten Proben systematisch einen höheren Stoffumsatz auf als die Nitrierten. Aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen und den daraus abgeleiteten Hypothesen ist der Schwerpunkt des Fortsetzungsantrags, mittels mikrostruktureller und mikroanalytischer Untersuchungen das Verständnis um die infolge der unterschiedlichen Nitrierparameter hervorgerufenen mikrostrukturellen Veränderungen und deren Kinetik zu erlangen. Aufbauend darauf sollen als weiterer Schwerpunkt standardisierte Analyseverfahren identifiziert werden, die eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und den resultierenden Korrosionseigenschaften zulassen. Das Gesamtziel des Projekts ist die Formulierung einer mechanismenbasierten Modellvorstellung zum Zusammenhang zwischen den mikrostrukturellen und chemischen Einflussfaktoren sowie der Prozesstechnik auf das Nitrierergebnis und das daraus resultierende Korrosions- und Verschleißverhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen