TY - THES

T1 - Mikrostruktureller Aufbau eines Karbid aushärtbaren Stahls im bainitischen Zustand

AU - Reisinger, Stephan

N1 - gesperrt bis 27-02-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Die Anforderungen an mechanische Eigenschaften wie Schwingfestigkeit und Temperaturwechselbelastbarkeit moderner Dieseleinspritzkomponenten nehmen durch die immer größere Leistungssteigerung in Verbrennungsmotoren und schärfer werdenden Emissionsgrenzwerten stetig zu. Hierfür werden Werkstoffe benötigt, die diese genannten Anforderungen bei möglichst niedrigem Legierungsgehalt und geringen Kosten erfüllen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der bainitischen Mikrostruktur einer neu entwickelten Stahllegierung für Dieseleinspritzkomponenten, die in Zusammenarbeit zwischen dem Materials Center Leoben (MCL) und der Robert BOSCH GmbH (BOSCH) entstanden ist. Um diese Stahllegierung in den großtechnischen Maßstab überzuführen, ist eine genaue Kenntnis der mikrostrukturellen Vorgänge bei den einzelnen Wärmebehandlungsschritten notwendig. In der vorliegenden Diplomarbeit liegen die Schwerpunkte auf der Charakterisierung der bainitischen Mikrostruktur und der Untersuchung der Bainit Bildungskinetik während des Abschreckens, in geringem Umfang wurden auch Mikrostrukturuntersuchungen nach einer Anlassbehandlung durchgeführt. Lichtmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass die Mikrostruktur teilweise ein körniges Bainitgefüge aufweist, welches durch die kontinuierliche Abkühlung durch das Bainitgebiet entsteht. Mit Hilfe von korrelativer Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass im Bereich dieses körnigen Bainits kaum Karbide auftreten. In anderen Bereichen weisen die einzelnen Körner lamellenartige Karbidausscheidungen beziehungsweise parallel angeordnete nanometer große Karbidausscheidungen auf, welche durch „Energy-Filtered-Transmission Electron Microscopy“ (EFTEM) charakterisiert werden konnten. Des Weiteren wurden Karbide detektiert, die sich während des Austenitisierens nicht beziehungsweise nur teilweise auflösen („Primärkarbide“). Um Informationen über die chemische Zusammensetzung dieser Karbide zu erlangen, wurden mit Hilfe von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) verschiedene Stellen untersucht. Durch Elektronenbeugung in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) konnte die Kristallstruktur der Primärkarbide bestimmt werden. Es handelt sich hierbei um M2C Karbide. Vereinzelt wurden auch vanadiumreiche beziehungsweise chromreiche Karbide detektiert, deren Kristallstruktur jedoch nicht bestimmt wurde. Röntgenographisch wurde nach dem Abkühlen ein Restaustenitgehalt von 11,5 Gew.-% bestimmt. Die Lage und Verteilung des Restaustenits wurden mit höherauflösenden Abbildungsverfahren wie „Electron-Back-Scattered-Diffraction“ (EBSD) näher untersucht. Dadurch zeigte sich, dass der Restaustenit vorwiegend in den ferritischen Bereichen des körnigen Bainits auftritt. Der Anteil an Restaustenit sinkt nach einem Anlassen zwischen 100°C und 600°C mit steigender Anlasstemperatur. Ab 550°C Anlasstemperatur liegt der Restaustenitgehalt unter der Detektionsgrenze von 2 Gew.-%.

AB - Die Anforderungen an mechanische Eigenschaften wie Schwingfestigkeit und Temperaturwechselbelastbarkeit moderner Dieseleinspritzkomponenten nehmen durch die immer größere Leistungssteigerung in Verbrennungsmotoren und schärfer werdenden Emissionsgrenzwerten stetig zu. Hierfür werden Werkstoffe benötigt, die diese genannten Anforderungen bei möglichst niedrigem Legierungsgehalt und geringen Kosten erfüllen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der bainitischen Mikrostruktur einer neu entwickelten Stahllegierung für Dieseleinspritzkomponenten, die in Zusammenarbeit zwischen dem Materials Center Leoben (MCL) und der Robert BOSCH GmbH (BOSCH) entstanden ist. Um diese Stahllegierung in den großtechnischen Maßstab überzuführen, ist eine genaue Kenntnis der mikrostrukturellen Vorgänge bei den einzelnen Wärmebehandlungsschritten notwendig. In der vorliegenden Diplomarbeit liegen die Schwerpunkte auf der Charakterisierung der bainitischen Mikrostruktur und der Untersuchung der Bainit Bildungskinetik während des Abschreckens, in geringem Umfang wurden auch Mikrostrukturuntersuchungen nach einer Anlassbehandlung durchgeführt. Lichtmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass die Mikrostruktur teilweise ein körniges Bainitgefüge aufweist, welches durch die kontinuierliche Abkühlung durch das Bainitgebiet entsteht. Mit Hilfe von korrelativer Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass im Bereich dieses körnigen Bainits kaum Karbide auftreten. In anderen Bereichen weisen die einzelnen Körner lamellenartige Karbidausscheidungen beziehungsweise parallel angeordnete nanometer große Karbidausscheidungen auf, welche durch „Energy-Filtered-Transmission Electron Microscopy“ (EFTEM) charakterisiert werden konnten. Des Weiteren wurden Karbide detektiert, die sich während des Austenitisierens nicht beziehungsweise nur teilweise auflösen („Primärkarbide“). Um Informationen über die chemische Zusammensetzung dieser Karbide zu erlangen, wurden mit Hilfe von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) verschiedene Stellen untersucht. Durch Elektronenbeugung in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) konnte die Kristallstruktur der Primärkarbide bestimmt werden. Es handelt sich hierbei um M2C Karbide. Vereinzelt wurden auch vanadiumreiche beziehungsweise chromreiche Karbide detektiert, deren Kristallstruktur jedoch nicht bestimmt wurde. Röntgenographisch wurde nach dem Abkühlen ein Restaustenitgehalt von 11,5 Gew.-% bestimmt. Die Lage und Verteilung des Restaustenits wurden mit höherauflösenden Abbildungsverfahren wie „Electron-Back-Scattered-Diffraction“ (EBSD) näher untersucht. Dadurch zeigte sich, dass der Restaustenit vorwiegend in den ferritischen Bereichen des körnigen Bainits auftritt. Der Anteil an Restaustenit sinkt nach einem Anlassen zwischen 100°C und 600°C mit steigender Anlasstemperatur. Ab 550°C Anlasstemperatur liegt der Restaustenitgehalt unter der Detektionsgrenze von 2 Gew.-%.

KW - körniger Bainit

KW - kontinuierliche Abkühlung

KW - Karbid

KW - Restaustenit

KW - granular bainite

KW - continuous cooling

KW - carbide

KW - retained austenite

M3 - Diplomarbeit

ER -