Steigerung der Dauerfestigkeit von Einsatzstählen durch Carbonitrieren

In diesem Vorhaben wurde systematisch untersucht, inwieweit eine Verbesserung der Dauerfestigkeit von einsatzgehärteten Stählen durch zusätzlich eingebauten Stickstoff in die Randschicht möglich ist. Interstitiell im Austenitgitter gelöster Stickstoff verschiebt das Austenitgebiet zu tieferen Temperaturen und erniedrigt den Kohlenstoffgehalt des eutektoiden Punktes. Der Stickstoff stabilisiert den Austenit, verlangsamt dadurch die diffusionsgesteuerte Umwandlung des Austenits zu Ferrit und Perlit und senkt die Martensitstarttemperatur. Die durch den stabilen Austenit bedingte gute Härtbarkeit und die Anlassbeständigkeit des Kohlenstoff-Stickstoff-Martensits werden als die wesentlichen Vorteile des Carbonitrierens genannt. Am Beispiel der beiden Einsatzstähle 18CrNiMo7-6 und 20MnCr5 wurden die erreichbaren Dauerfestigkeiten von Flachbiegeproben untersucht. Das Bild zeigt für die Werkstoffe die erzielten Dauerfestigkeiten SD über den Mittelspannungen Sm für eine wechselnde (Sm = 0) und schwellende Biegebeanspruchung. Verglichen wurden konventionell gasaufgekohlte mit carbonitrierten Proben mit unterschiedlichen Randstickstoffgehalten. Der Randstickstoffgehalt der Varianten Carbonit 2 ist deutlich höher als der der Varianten Carbonit 1. Die Erhöhung des Randstickstoffgehalts hat einen positiven Effekt auf die Dauerfestigkeit der untersuchten Biegeproben. Einen zusätzlichen positiven Effekt auf die Dauerfestigkeit hat eine Verbesserung der Oberflächengüte durch eine Schleifbearbeitung nach der Wärmebehandlung.

Das IGF-Vorhaben 16176N der Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der vollständige Abschlussbericht kann auf Anfrage an info@awt-online.org zur Verfügung gestellt werden.

Bearbeitung: IWT-WT
Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA 21)