Warmfeste austenitische Stähle als Matrixwerkstoffe für Verschleißanwendungen über 400°C

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Werner Theisen
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319959745

Die Mechanismen des abrasiven Warmverschleißes unterscheiden sich signifikant von denen der Raumtemperaturabrasion. Geforderte Hochtemperatureigenschaften von metallischen Werkstoffen, welche den abrasiven Warmverschleißwiderstand erhöhen, sind eine hohe Warmfestigkeit und -härte, plastische Verformbarkeit und Verfestigungsfähigkeit. Diese Anforderungen beziehen sich, im Bereich von mehrphasigen Werkstoffen, primär auf die Metallmatrix, da die Eigenschaften der Matrix bestimmen, ob ein Werkstoff ein stabiles Verschleißverhalten zeigt. Relevant sind der Warmverschleißwiderstand der Matrix selbst, sowie die Stützwirkung und Einbindung von Hartphasen durch die Matrix. Im Bereich der Fe-Basis Werkstoffe eignen sich austenitische Stähle als warmverschleißbeständige Matrixwerkstoffe. Besonders austenitische CrNi-Stähle mit einer niedrigen Stapelfehlerenergie (SFE) und einem geringen temperaturabhängigen Anstieg der SFE erweisen sich bei hohen Temperaturen als geeignet für Verschleißanwendungen.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Betrachtung des Warmverschleißverhaltens von einphasigen CrNi-Stählen um den Einfluss von interstitiellen Legierungselementen, von Ausscheidungen und von tribologisch induzierten Phasentransformationen zu erweitern. Die interstitiellen Elemente C und N haben einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von austenitischen Stählen. Durch die Herstellung und experimentelle Untersuchung verschiedener einphasiger FeCrNi(C)N-Legierungen soll der Einfluss von C und N auf die metallphysikalischen und tribologischen Eigenschaften im Bereich erhöhter Temperaturen herausgestellt werden. Des Weiteren sollen Konzepte der Teilchenverfestigung von austenitischen Stählen erarbeitet werden, um den abrasiven Warmverschleißwiderstand weiter zu steigern. Feine Ausscheidungen bilden Gleithindernisse für Versetzungen, schränken dadurch die Versetzungsbewegung ein und verfestigen den Werkstoff. Im Rahmen des Projekts werden Legierungen auf FeCrNi(C)N-Basis entwickelt, welche durch Karbide, Nitride, sowie Karbonitride ausscheidungsgehärtet werden können. Warmverschleißexperimente geben Aufschluss über den Einfluss der Ausscheidungshärtung auf den Betrag und die Mechanismen des abrasiven Warmverschleißes. Zusätzlich soll der Aspekt der verformungsinduzierten Phasentransformation des austenitischen Kristallgitters innerhalb der tribologisch beanspruchten Zone berücksichtigt werden. Dadurch soll untersucht werden, unter welchen Bedingungen eine Phasentransformation des Kristallgitters während des abrasiven Verschleißes auftritt und welchen Einfluss dieser Mikrostrukturprozess auf das Verschleißverhalten hat. Das übergeordnete Projektziel ist es, grundlegende Erkenntnisse zum Einfluss von interstitiellen Elementen und sekundären Phasen auf das tribologische Verhalten des betrachteten FeCrNi-Legierungssystems zu gewinnen und ein an die Anforderungen des abrasiven Warmverschleißes angepasstes Werkstoffkonzept zu formulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Sebastian Weber
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler