TY - THES

T1 - NbC-Ausscheidungen in einem PH 15-5 Stahl

AU - Kaufmann, Martina

N1 - gesperrt bis 06-02-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die Qualitätssicherung und Kontrolle der verarbeiteten Materialien spielen besonders in der Luftfahrt eine große Rolle. Eines dieser Materialien ist der ausscheidungshärtende Edelstahl PH 15-5. Dieser weist eine gute Kombination aus Festigkeit und Bruchzähigkeit neben guten Korrosionseigenschaften auf und ist auch aufgrund seiner Verfügbarkeit ein wichtiges Material in verschiedensten Branchen. Die guten mechanischen Eigenschaften kommen aus für metallische Werkstoffe typischer Kombination aus mehreren Verfestigungsmechanismen. Diese sind unter anderen die Kornfeinungsverfestigung, die martensitische Umwandlung und die Ausscheidungsverfestigung. Bei der letzteren bewirken vor allem Cu-Ausscheidungen in der Matrix eine Erhöhung der Festigkeit. Zudem befinden sich in der Matrix ebenso Primär- als auch Sekundärkarbide. Dabei sollten diese Karbide innerhalb des Vormaterials möglichst homogen verteilt sein. In diesem speziellen Fall des PH 15-5 handelt es sich um Niobkarbide (NbC), welche in der martensitischen Matrix verteilt sind. Die Größe dieser hängt vom Herstellungsprozesses des Vormaterials und dessen Weiterverarbeitung (z.B. Schmieden) ab. So unterscheiden sich die Dimension und Anzahl der NbC abhängig von dem Lieferanten und dem Durchmesser des Vormaterials. Standardmäßig werden diese Karbide mittels REM-Untersuchung detektiert und ausgemessen. Ziel dieser Arbeit ist einen Zusammenhang zwischen NbC, Vormaterialdurchmesser und Lieferant zu finden sowie eine Abhängigkeit von der Querschnittsposition zu untersuchen. Im Zuge dessen soll auch ermittelt werden, ob die NbC-Verteilung mittels Lichtmikroskop (LIMI) gemessen werden kann, um damit die Kosten der Untersuchungen zu minimieren, indem die REM-Messungen eingespart werden könnten. Untersucht wurden insgesamt sieben Proben mit insgesamt vier unterschiedlichen Vormaterialdurchmessern von zwei Lieferanten. Die Untersuchungen fanden mittels LIMI und REM an drei Positionen im runden Vormaterial statt. Diese waren das Zentrum, der halbe Radius und der Rand. Das Vormaterial mit den meisten Karbiden, den wenigsten Karbiden und der am häufigsten verwendete Durchmesser bei voestalpine Böhler Aerospace GmbH & Co KG wurden ebenso für Umformversuche am Dilatometer herangezogen, um den Einfluss der Umformung bei schmiedenahen Temperaturen zu untersuchen. Im Zuge der Masterarbeit konnten herstellerabhängige Ergebnisse als auch eine Positionsabhängigkeit der NbC-Verteilung innerhalb von Vormaterialstangen festgestellt werden. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den LIMI- und REM-Ergebnissen an denselben Proben.

AB - Die Qualitätssicherung und Kontrolle der verarbeiteten Materialien spielen besonders in der Luftfahrt eine große Rolle. Eines dieser Materialien ist der ausscheidungshärtende Edelstahl PH 15-5. Dieser weist eine gute Kombination aus Festigkeit und Bruchzähigkeit neben guten Korrosionseigenschaften auf und ist auch aufgrund seiner Verfügbarkeit ein wichtiges Material in verschiedensten Branchen. Die guten mechanischen Eigenschaften kommen aus für metallische Werkstoffe typischer Kombination aus mehreren Verfestigungsmechanismen. Diese sind unter anderen die Kornfeinungsverfestigung, die martensitische Umwandlung und die Ausscheidungsverfestigung. Bei der letzteren bewirken vor allem Cu-Ausscheidungen in der Matrix eine Erhöhung der Festigkeit. Zudem befinden sich in der Matrix ebenso Primär- als auch Sekundärkarbide. Dabei sollten diese Karbide innerhalb des Vormaterials möglichst homogen verteilt sein. In diesem speziellen Fall des PH 15-5 handelt es sich um Niobkarbide (NbC), welche in der martensitischen Matrix verteilt sind. Die Größe dieser hängt vom Herstellungsprozesses des Vormaterials und dessen Weiterverarbeitung (z.B. Schmieden) ab. So unterscheiden sich die Dimension und Anzahl der NbC abhängig von dem Lieferanten und dem Durchmesser des Vormaterials. Standardmäßig werden diese Karbide mittels REM-Untersuchung detektiert und ausgemessen. Ziel dieser Arbeit ist einen Zusammenhang zwischen NbC, Vormaterialdurchmesser und Lieferant zu finden sowie eine Abhängigkeit von der Querschnittsposition zu untersuchen. Im Zuge dessen soll auch ermittelt werden, ob die NbC-Verteilung mittels Lichtmikroskop (LIMI) gemessen werden kann, um damit die Kosten der Untersuchungen zu minimieren, indem die REM-Messungen eingespart werden könnten. Untersucht wurden insgesamt sieben Proben mit insgesamt vier unterschiedlichen Vormaterialdurchmessern von zwei Lieferanten. Die Untersuchungen fanden mittels LIMI und REM an drei Positionen im runden Vormaterial statt. Diese waren das Zentrum, der halbe Radius und der Rand. Das Vormaterial mit den meisten Karbiden, den wenigsten Karbiden und der am häufigsten verwendete Durchmesser bei voestalpine Böhler Aerospace GmbH & Co KG wurden ebenso für Umformversuche am Dilatometer herangezogen, um den Einfluss der Umformung bei schmiedenahen Temperaturen zu untersuchen. Im Zuge der Masterarbeit konnten herstellerabhängige Ergebnisse als auch eine Positionsabhängigkeit der NbC-Verteilung innerhalb von Vormaterialstangen festgestellt werden. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den LIMI- und REM-Ergebnissen an denselben Proben.

KW - NbC

KW - Ausscheidungen

KW - PH 15-5

KW - Vormaterialcharakterisierung

KW - Verteilung

KW - NbC

KW - Precipitates

KW - PH 15-5

KW - Pre-material characterisation

KW - Distribution

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.101

DO - 10.34901/mul.pub.2024.101

M3 - Masterarbeit

ER -