Nitrieren von Leichtbau-Stählen mit hohem Anteil an Mangan und Aluminium

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GP 09/2016
Austenitische Stähle mit hohem Anteil an Mangan und Aluminium kombinieren eine außerordentlich hohe Festigkeit und Zähigkeit mit sehr guter Verschleißfestigkeit. Durch die Zugabe von Aluminium in der Größenordnung von 6 bis 8,8 Gew.-% wird die Dichte im Vergleich zu vergüteten Cr- und Mo-Stählen um 10 bis 15 % reduziert, gleichzeitig wird jedoch die Kaltverformung und die abrasive Verschleißfestigkeit herabgesetzt. Die Verschleißfestigkeit kann durch eine kostengünstige Wärmebehandlung in einer Stickstoff-Atmosphäre, bei der eine harte Schicht von Aluminiumnitrid (AlN) an der Oberfläche entsteht, erhöht werden. In der vorliegenden Studie wurden die Auswirkungen des Aluminium- und Siliziumgehalts auf die Kinetik des Nitrierprozesses von Fe-30%Mn-(6-9%)Al-(1–1,6%)Si-0,9%C-Stahl im Temperaturbereich von 900 °C bis 1100 °C untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass – abhängig von Temperatur und Zeit – eine Oberflächenschicht aus AlN-Platten mit einer Dicke von bis zu 550 μm produziert werden kann. Eine Erhöhung des Siliziumanteils von 1,1 % auf 1,6 % Si hatte im Temperaturbereich von 900 °C bis 1100 °C keinerlei statistischen Einfluss auf die Diffusion von Stickstoff. Durch eine Erhöhung des Aluminiumgehalts von 6 % auf 8,8 % Al wurde das Diffusionsvermögen von Stickstoff verringert und die berechnete Aktivierungsenergie von 64 auf 79 kJ/mol erhöht. Dass die Werte für die Diffusions-Aktivierungsenergie von Stickstoff in Austenit niedriger als erwartet sind, scheint das Ergebnis der Entwicklung von Pfaden mit hohem Diffusionsvermögen an der Schnittstelle zwischen dem AlN und der Austenit-Grundsubstanz zu sein.Einführung
Austenitische Stähle mit hohem Anteil an Mangan und Aluminium wurden in den letzten Jahren intensiv auf die mögliche Verwendung in der Rüstungs- und Transportindustrie untersucht [1–4]. Mangangehalte zwischen 20 und 30 Gew.- % stabilisieren eine austenitische Grundsubstanz, während Aluminiumanteile bis zu 12 % die Dichte um bis zu 18 % verringern [4]. Die hohen Kaltverfestigungsraten dieser Leichtbau-Stähle bieten außergewöhnliche Kombinationen von hoher Festigkeit und Zähigkeit mit einer hervorragenden Verschleißfestigkeit. Im folgenden Beitrag sind alle chemischen Zusammensetzungen in Gewichtsprozent angegeben, sofern nicht explizit anderweitig erwähnt. Durch Zugabe von mehr als 5 % Aluminium und mehr als 0,3 % Kohlenstoff entsteht eine aushärtbare Legierung, die durch κ-Karbid, (Fe,Mn)3AlC in Nanogröße verstärkt wird, wenn sie bei 400 °C bis 700 °C wärmebehandelt wird [5–11]. Kalashnikov, et al. berichteten über Festigkeiten von über 1275 MPa für eine warmgewalzte Fe-30 %Mn-9 %Al-1,17 %C Legierung, die 16 h lang bei 550 °C (1022F) ausgelagert wurde. Für lösungsgeglühte und kaltgewalzte Legierungen wurden Festigkeiten von über 2,1 GPa verzeichnet. … Nachdruck aus Trans. Amer. Foundrym. Soc. Paper 15-036, mit freundlicher Genehmigung der American Foundrymen‘s Society.Deutsche Bearbeitung von Andreas Nebl, Salzweg, www.uebersetzungen-nebl.de10 Seiten
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