Verbessertes Prozessverständnis zum Einsatzhärten mit Aufkohlung im Niederdruck auf Basis von In-situ Röntgenbeugungsexperimenten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jérémy Epp; Dr.-Ing. Jens Gibmeier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399551201

In dem Forschungsvorhaben soll ein grundlegendes Prozessverständnis zum Einsatzhärten mit Aufkohlung im Niederdruck auf Basis von hoch zeitaufgelösten in situ Röntgenbeugungsdaten erlangt. Das im Rahmen der ersten Förderperiode gewonnene Verständnis wird in der Fortsetzung des Vorhabens um vertiefte Untersuchungen zur Karbidbildung erweitert und nun auf die übliche Nachbehandlung durch Anlassen und die dabei ablaufenden Ausscheidungsvorgänge ergänzt. Während in der ersten Förderphase der Fokus auf den Einsatzstahl 20MnCr5 lag, soll in der Fortsetzung des Vorhabens der Transfer auf weitere typische Einsatzstähle, den Stählen 14NiCrMo13-4 und 18CrNiMo7-6 mit steigenden Ni- bzw. Cr-Gehalten, erfolgen. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung wird erwartet, dass je nach Zusammensetzung ein abweichendes Verhalten bei der Karbidbildung/- auflösung während der Aufkohlung auftreten wird. Erwartet wird dabei eine deutlich veränderte Prozesskinetik und Kohlenstoffaufnahme durch die Bildung und Auflösung von Karbiden während der Boost- und Diffusionsphasen. In der Fortsetzung des Projektes werden beide Prozesskammeraufbauten (Transmissions- und Reflektionsgeometrie) dazu genutzt, um für die weiteren Werkstoffe grundlegende zeit- und ortsaufgelöste Informationen zur Entwicklung der Mikrostruktur und der Spannungen zu erlangen. Durch die Erweiterung der Analysen werden die ablaufenden Mechanismen, um die Beeinflussung durch die initiale Legierungszusammensetzung grundlegend analysiert und somit ein erweitertes Prozessverständnis gewonnen.Weiterhin sollen während der Projektfortsetzung nicht mehr nur die Prozessschritte Aufkohlen und Abschrecken untersucht werden, sondern die Untersuchungen sollen auf die Betrachtung des anschließenden Anlassschrittes erweitert werden, um noch näher an die industrielle Umsetzung zu kommen. In kombinierten in situ WAXS (wide angle X-ray scattering) und SAXS Experimenten (small angle X-ray scattering), sollen unter Verwendung der vorhandenen Prozesskammer gezielt die Bildung von Karbidvorstufen und von Zementit, zusammen mit den weiteren Mikrostruktur- und Spannungsänderungen untersucht werden. In dieser kombinierten in situ Versuchsführung während des Anlassens können zeitaufgelösten Diffraktionsdaten mit Ergebnissen von Kleinwinkelstreuung gleichzeitig aufgenommen werden, was neben der Strukturanalyse auch die simultane Analyse der Größe und Verteilung der Karbidvorstufen im Nanometerbereich zulässt. Weiterhin erfolgt der Übertrag des Prozesses in der Projektfortsetzung auf Proben, die lokal komplexe Geometrien aufweisen. Dabei sollen unter anderem Blindbohrungen mit unterschiedlichen Aspektverhältnissen mithilfe von angepassten Messstrategien in situ untersucht werden. Anhand von umfangreichen Analysen des Endzustandes soll in begleitenden, hochaufgelösten ex situ Untersuchungen außerdem bewertet werden, wie die Eigenspannungen und die Mikrostruktur lokal beeinflusst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Steinbacher