TY - THES

T1 - Einfluss der Mikrolegierung (Nb, Al, N) auf die Feinkornbeständigkeit von Einsatzstählen vom Typ 18CrNiMo7-6

AU - Zacharias, Heike

N1 - gesperrt bis 10-02-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Der Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 wird für großdimensionale Getriebebauteile in Windrädern eingesetzt. Um die Anforderungen von einem verschleißfesten und trotzdem zähen Werkstoff zu realisieren, werden die Bauteile bei 980 °C bis zu 80 h aufgekohlt und einsatzgehärtet. Dabei setzt Kornwachstum ein, welches die mechanischen Kennwerte des Materials erheblich herabsetzt und zu Verzug führen kann. Um die Feinkornstabilität bei diesen Bedingungen zu gewährleisten wird dieser Stahl mit Aluminium und Niob mikrolegiert. Diese Elemente sollen in Form von Karbiden und Nitriden die Korngrenzen bei der Wärmebehandlung pinnen und somit das Kornwachstum reduzieren. Nachteilig an diesem Legierungssystem ist jedoch die hohe Affinität von Aluminium zu Sauerstoff, wodurch sich vermehrt nichtmetallische Einschlüsse bilden, welche die Ermüdungsfestigkeit der Bauteile herabsetzen. Deshalb wird eine kornwachstumshemmende aluminium-reduzierte Variante dieses Stahls angestrebt. In dieser Arbeit wurde die Feinkornstabilität verschiedener mikrolegierter Varianten des Einsatzstahles 18CrNiMo7-6 bei unterschiedlichen Wärmebehandlungsbedingungen bestimmt. Dazu wurden die ehemaligen Austenitkorngrenzen mittels Lichtmikroskop untersucht. Des Weiteren wurden die Legierungsvarianten mit Thermo-Calc berechnet und mit Atomsondemessungen verglichen. Die Ausscheidungen einzelner Zustände wurden näher betrachtet um den Legierungs- und Wärmebehandlungseinfluss zu bestimmen. Hierfür wurden Messungen mit dem Rasterelektronen- und dem Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt. Die Thermo-Calc Berechnungen zeigten, dass die untersuchten Legierungsvarianten unterschiedliche Ausscheidungspotentiale aufweisen. Dieser Trend wurde durch Atomsondemessungen bestätigt. Bei der Auswertung der Korngröße wurde anhand von Dichteverteilungskurven eine bimodale Gefügestruktur aller Legierungen festgestellt, wobei die einzelnen Legierungen unterschiedliche Verteilungen zeigten. Bei der genaueren Analyse der Ausscheidungen mittels Rasterelektronen- und Transmissionselektronenmikroskop konnte über eine Häufigkeitsverteilungskurve ebenfalls eine bimodale Verteilung der Ausscheidungsgröße festgestellt werden. Zusätzlich wurde mit den Messwerten der effektive Größenbereich der Ausscheidungen für den Effekt des Korngrenzenpinnens berechnet und deren Vergröberungsverhalten mit gängigen Vergröberungstheorien verglichen.

AB - Der Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 wird für großdimensionale Getriebebauteile in Windrädern eingesetzt. Um die Anforderungen von einem verschleißfesten und trotzdem zähen Werkstoff zu realisieren, werden die Bauteile bei 980 °C bis zu 80 h aufgekohlt und einsatzgehärtet. Dabei setzt Kornwachstum ein, welches die mechanischen Kennwerte des Materials erheblich herabsetzt und zu Verzug führen kann. Um die Feinkornstabilität bei diesen Bedingungen zu gewährleisten wird dieser Stahl mit Aluminium und Niob mikrolegiert. Diese Elemente sollen in Form von Karbiden und Nitriden die Korngrenzen bei der Wärmebehandlung pinnen und somit das Kornwachstum reduzieren. Nachteilig an diesem Legierungssystem ist jedoch die hohe Affinität von Aluminium zu Sauerstoff, wodurch sich vermehrt nichtmetallische Einschlüsse bilden, welche die Ermüdungsfestigkeit der Bauteile herabsetzen. Deshalb wird eine kornwachstumshemmende aluminium-reduzierte Variante dieses Stahls angestrebt. In dieser Arbeit wurde die Feinkornstabilität verschiedener mikrolegierter Varianten des Einsatzstahles 18CrNiMo7-6 bei unterschiedlichen Wärmebehandlungsbedingungen bestimmt. Dazu wurden die ehemaligen Austenitkorngrenzen mittels Lichtmikroskop untersucht. Des Weiteren wurden die Legierungsvarianten mit Thermo-Calc berechnet und mit Atomsondemessungen verglichen. Die Ausscheidungen einzelner Zustände wurden näher betrachtet um den Legierungs- und Wärmebehandlungseinfluss zu bestimmen. Hierfür wurden Messungen mit dem Rasterelektronen- und dem Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt. Die Thermo-Calc Berechnungen zeigten, dass die untersuchten Legierungsvarianten unterschiedliche Ausscheidungspotentiale aufweisen. Dieser Trend wurde durch Atomsondemessungen bestätigt. Bei der Auswertung der Korngröße wurde anhand von Dichteverteilungskurven eine bimodale Gefügestruktur aller Legierungen festgestellt, wobei die einzelnen Legierungen unterschiedliche Verteilungen zeigten. Bei der genaueren Analyse der Ausscheidungen mittels Rasterelektronen- und Transmissionselektronenmikroskop konnte über eine Häufigkeitsverteilungskurve ebenfalls eine bimodale Verteilung der Ausscheidungsgröße festgestellt werden. Zusätzlich wurde mit den Messwerten der effektive Größenbereich der Ausscheidungen für den Effekt des Korngrenzenpinnens berechnet und deren Vergröberungsverhalten mit gängigen Vergröberungstheorien verglichen.

KW - case hardening steel

KW - micro-alloying

KW - grain size stability

KW - Einsatzstahl

KW - Mikrolegierungselemente

KW - Feinkornbeständigkeit

M3 - Diplomarbeit

ER -