TY - THES

T1 - Atomsondenuntersuchungen zur Diffusion von Si, Mn und Cr in einem perlitischen Stahl

AU - Proyer, Armin

N1 - gesperrt bis 14-09-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Wird ein Stahl aus dem Austenitgebiet abgekühlt, so kommt es beim Erreichen der Ar1 Temperatur zur eutektoiden Reaktion. Dabei bildet sich, durch eine diffusionsgesteuerte Umlagerung der Legierungselemente, das Phasengemenge Perlit. Steht für diese Umwandlung nicht genügend Zeit zur Verfügung, so kann es, aufgrund der trägen Diffusion der Substitutionsatome, zu Konzentrationsgradienten an den Grenzflächen zwischen Ferrit und Zementit kommen. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Abkühlbedingungen auf die Diffusionsfähigkeit und auf die Verteilung der Legierungselemente Si, Mn und Cr an den Ferrit-Zementit-Grenzflächen zu untersuchen. Zusätzlich wurde überprüft, ob durch die Konzentrationsgradienten eine Auswirkung auf die Härte des Materials feststellbar ist. Für die Untersuchung der Elementverteilung wurde die Atomsondentomographie eingesetzt. Es zeigt sich, dass von den gewählten Parametern die Abkühlrate den stärksten Einfluss auf die Konzentrationsgradienten aufweist. Bei steigender Abkühlgeschwindigkeiten sinkt die Lamellendicke, ab welcher Konzentrationsgradienten gefunden werden können. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die eutektoide Umwandlung bei einer niedrigeren Temperatur beginnt und dadurch die Diffusionsfähigkeit der Atome eingeschränkt ist. Zusätzlich verkürzt sich die Dauer des Abkühlvorgangs, wodurch weniger Zeit für die Diffusion zur Verfügung steht. Des Weiteren zeigte sich, dass der Einfluss der Abkühlbedingungen auf die Elementverteilung in Zementit nicht durch die Diffusionskoeffizienten aus der MOBFE5 Datenbank erklärbar ist. Es ist daher notwendig, den präexponentiellen Term um einen Faktor von mindestens 150 zu erhöhen. Die Untersuchung von Härte und Perlitlamellenabstand entsprechend der Hall-Petch Beziehung zeigt keine Abweichungen von dem zu erwartenden, linearen Verhalten, weshalb ein signifikanter Einfluss der Konzentrationsgradienten auf die mechanischen Eigenschaften ausgeschlossen werden kann.

AB - Wird ein Stahl aus dem Austenitgebiet abgekühlt, so kommt es beim Erreichen der Ar1 Temperatur zur eutektoiden Reaktion. Dabei bildet sich, durch eine diffusionsgesteuerte Umlagerung der Legierungselemente, das Phasengemenge Perlit. Steht für diese Umwandlung nicht genügend Zeit zur Verfügung, so kann es, aufgrund der trägen Diffusion der Substitutionsatome, zu Konzentrationsgradienten an den Grenzflächen zwischen Ferrit und Zementit kommen. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Abkühlbedingungen auf die Diffusionsfähigkeit und auf die Verteilung der Legierungselemente Si, Mn und Cr an den Ferrit-Zementit-Grenzflächen zu untersuchen. Zusätzlich wurde überprüft, ob durch die Konzentrationsgradienten eine Auswirkung auf die Härte des Materials feststellbar ist. Für die Untersuchung der Elementverteilung wurde die Atomsondentomographie eingesetzt. Es zeigt sich, dass von den gewählten Parametern die Abkühlrate den stärksten Einfluss auf die Konzentrationsgradienten aufweist. Bei steigender Abkühlgeschwindigkeiten sinkt die Lamellendicke, ab welcher Konzentrationsgradienten gefunden werden können. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die eutektoide Umwandlung bei einer niedrigeren Temperatur beginnt und dadurch die Diffusionsfähigkeit der Atome eingeschränkt ist. Zusätzlich verkürzt sich die Dauer des Abkühlvorgangs, wodurch weniger Zeit für die Diffusion zur Verfügung steht. Des Weiteren zeigte sich, dass der Einfluss der Abkühlbedingungen auf die Elementverteilung in Zementit nicht durch die Diffusionskoeffizienten aus der MOBFE5 Datenbank erklärbar ist. Es ist daher notwendig, den präexponentiellen Term um einen Faktor von mindestens 150 zu erhöhen. Die Untersuchung von Härte und Perlitlamellenabstand entsprechend der Hall-Petch Beziehung zeigt keine Abweichungen von dem zu erwartenden, linearen Verhalten, weshalb ein signifikanter Einfluss der Konzentrationsgradienten auf die mechanischen Eigenschaften ausgeschlossen werden kann.

KW - Atomsondentomographie

KW - APT

KW - Elementverteilung

KW - Abkühlbedingungen

KW - Abkühlrate

KW - Abkühlgeschwindigkeit

KW - Haltedauer

KW - Haltezeit

KW - Haltetemperatur

KW - Grenzfläche

KW - Ferrit

KW - Zementit

KW - Diffusion

KW - Diffusionsfähigkeit

KW - Si

KW - Mn

KW - Cr

KW - Perlit

KW - hypereutektoid

KW - Hall-Petch

KW - Härte

KW - Perlitlamellenabstand

KW - atom probe tomography

KW - APT

KW - element distribution

KW - cooling conditions

KW - cooling rate

KW - interface

KW - ferrite

KW - cementite

KW - diffusion

KW - Si

KW - Mn

KW - Cr

KW - pearlite

KW - hypereutectoid

KW - Hall-Petch

KW - hardness

KW - interlamellar spacing

M3 - Masterarbeit

ER -