Kurzfassung
Moderne bainitische Langprodukte mit Zugfestigkeiten zwischen 800–1400 MPa bieten neue Eigenschaftsprofile und erlauben die Herstellung von komplexen Bauteilen ohne Schlussvergütung. Wie bei Vergütungsstählen können Verschleiß- und Dauerfestigkeit durch eine nachgelagerte Oberflächenhärtung oder -beschichtung verbessert werden. Am IWT in Bremen wurde das Verhalten der bainitischen Stahlsorten 7MnB8 und 18MnCrSiMoS641 beim Nitrieren und Nitrocarburieren systematisch untersucht und mit bekannten (ferritsch-perlitischen) Stählen 44SMn282 und 16MnCrS5Pb+HH3 verglichen. Die Ergebnisse wurden anhand von metallographischen Schliffbildern, Härtemessungen und Elementtiefenprofilen beurteilt. Bei den verwendeten Stählen konnten bei einer Nitrierkennzahl von KN = 2 bar−1/2 und einer Temperatur von 520°C nach 10 h kompakte Verbindungsschichten von ca. 8μm Dicke mit geringem Porenanteil erzeugt werden. Die erzielte Oberflächenhärte lag im Bereich, der auch bei Vergütungsstählen erzielt wird
Abstract
Modern bainitic long products with ultimate tensile strength values in the range 800–1400 MPa provide new property profiles and permit the manufacturing of complex components without subsequent quench and temper (Q&T) treatment. Abrasion resistance and fatigue limit can be enhanced by surface hardening or coating. The IWT in Bremen systematically evaluated the behaviour of bainitic steel grades 7MnB8 and 18MnCrSiMoS641 in nitriding and nitrocarburizing processes in comparison to conventional (ferritic-pearlitic) steels 44SMn282 and 16MnCrS5Pb+HH3. The results were analyzed based on metallographic analysis, hardness measurement and element concentration profiles. Regular and compact layers of approx. 8 μm in thickness were obtained after nitriding at rN = 2 bar−1/2 and a temperature of 520°C during 10 h with the selected steel grades. The resulting surface hardness was in the range obtained for quenched and tempered steels.
Literatur
1. Wirths, V.; Wagener, R.; Bleck, W.; Melz, T.: Bainitic Forging Steels for Cyclic Loading. Adv. Mater. Res.922 (2014), S. 813–818, 10.4028/www.scientific.net/amr.922.813Wirths, V.; Wagener, R.; Bleck, W.; Melz, T.: Bainitic Forging Steels for Cyclic Loading. Adv. Mater. Res.922 (2014), S. 813–818, 10.4028/www.scientific.net/amr.922.813Search in Google Scholar
2. Elek, L.: Untersuchung des Schwingfestigkeitsverhaltens eines TRIP-Schmiedestahls. 2014Masterthesis, Hochschule DarmstadtElek, L.: Untersuchung des Schwingfestigkeitsverhaltens eines TRIP-Schmiedestahls. 2014Masterthesis, Hochschule DarmstadtSearch in Google Scholar
3. Hartmann, H.; Biermann, D.; Wenzelburger, J.; Merkel, C.: Prozessgestaltung für das Hochleistungstiefbohren von bainitischen Stählen. Werkstoffe in der Fertigung50 (2013) 4, S. 4–6Hartmann, H.; Biermann, D.; Wenzelburger, J.; Merkel, C.: Prozessgestaltung für das Hochleistungstiefbohren von bainitischen Stählen. Werkstoffe in der Fertigung50 (2013) 4, S. 4–6Search in Google Scholar
4. Roelofs, H.; Hasler, S.; Caballero, F. G.; Lembke, M.: New air cooled steels with outstanding impact toughness. Proc. Conf. on Steel in Cars and Trucks, SCT2011, 05.–09.06.11, Salzburg, Österreich, H. J.Wieland (Hrsg.), Verl. Stahleisen, 2011, S. 330–337Roelofs, H.; Hasler, S.; Caballero, F. G.; Lembke, M.: New air cooled steels with outstanding impact toughness. Proc. Conf. on Steel in Cars and Trucks, SCT2011, 05.–09.06.11, Salzburg, Österreich, H. J.Wieland (Hrsg.), Verl. Stahleisen, 2011, S. 330–337Search in Google Scholar
5. Zajac, S.; Komenda, J.; Morris, P.; Dierickx, P.; Matera, S.; Panelba Diaz, F.: Quantitative structure-property relationships for complex bainitic microstructures report. Technical steel research – physical metallurgy and design of new generic steel grades, Report Commission Europ.2005Communities No. 21245, Amt f. Amtl. Veröff. d. EG, LuxemburgZajac, S.; Komenda, J.; Morris, P.; Dierickx, P.; Matera, S.; Panelba Diaz, F.: Quantitative structure-property relationships for complex bainitic microstructures report. Technical steel research – physical metallurgy and design of new generic steel grades, Report Commission Europ.2005Communities No. 21245, Amt f. Amtl. Veröff. d. EG, LuxemburgSearch in Google Scholar
6. Spies, H.-J.: Nitrieren und Nitrocarburieren. HTM J. Heat Treatm. Mat.68 (2013) 2, S. 86–96, 10.3139/105.110182Spies, H.-J.: Nitrieren und Nitrocarburieren. HTM J. Heat Treatm. Mat.68 (2013) 2, S. 86–96, 10.3139/105.110182Search in Google Scholar
7. Liedtke, D. u. a.: Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, Teil II Nitrieren und Nitrocarburieren. 5. Aufl., Expert-Verl., Renningen, 2010Liedtke, D. u. a.: Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, Teil II Nitrieren und Nitrocarburieren. 5. Aufl., Expert-Verl., Renningen, 2010Search in Google Scholar
8. Mittemeijer, E. J.: Fundamentals of Nitriding and Nitrocarburizing. In: Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, Vol. 4A, ASM Handbook, ASM Int., USA, 2013, S. 617–641Mittemeijer, E. J.: Fundamentals of Nitriding and Nitrocarburizing. In: Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, Vol. 4A, ASM Handbook, ASM Int., USA, 2013, S. 617–641Search in Google Scholar
9. Klümper-Westkamp, H.; Hoffmann, F.; Mayr, P.; Pietzsch, S.; Berg, H.-J.; Spies, H.-J.: Kontrolliertes Gasnitrieren und -nitrocarburieren durch Sensoreinsatz. HTM Härterei-Techn. Mitt.52 (1997) 4, S. 193–201Klümper-Westkamp, H.; Hoffmann, F.; Mayr, P.; Pietzsch, S.; Berg, H.-J.; Spies, H.-J.: Kontrolliertes Gasnitrieren und -nitrocarburieren durch Sensoreinsatz. HTM Härterei-Techn. Mitt.52 (1997) 4, S. 193–201Search in Google Scholar
10. Lehrer, E.: Über das Eisen-Wasserstoff-Ammoniak-Gleichgewicht. Z. f. Elektrochemie36 (1930) 6, S. 383ffLehrer, E.: Über das Eisen-Wasserstoff-Ammoniak-Gleichgewicht. Z. f. Elektrochemie36 (1930) 6, S. 383ffSearch in Google Scholar
11. Rose, E.; Mayr, P.: Analysis of nitrogen-influenced surface near zones of ferrous materials by Glow Discharge Spectroscopy (GDOS). Microchem. Acta97 (1989) 3–4, S. 192–212, 10.1007/bf01242466Rose, E.; Mayr, P.: Analysis of nitrogen-influenced surface near zones of ferrous materials by Glow Discharge Spectroscopy (GDOS). Microchem. Acta97 (1989) 3–4, S. 192–212, 10.1007/bf01242466Search in Google Scholar
12. Klümper-Westkamp, H.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Nitrierschichtbildung und Kohlenstoffdiffusion in Abhängigkeit von der Nitrierkennzahl. HTM Haerterei-Techn. Mitt.44 (1989) 6, S. 346–354Klümper-Westkamp, H.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Nitrierschichtbildung und Kohlenstoffdiffusion in Abhängigkeit von der Nitrierkennzahl. HTM Haerterei-Techn. Mitt.44 (1989) 6, S. 346–354Search in Google Scholar
13. Somers, M. A. J.: Development of Compound Layer and Diffusion Zone during Nitriding and Nitrocarburizing of Iron and Steels. Compr. Mater. Process.12 (2014), S. 413–437, 10.1016/b978-0-08-096532-1.01215-2Somers, M. A. J.: Development of Compound Layer and Diffusion Zone during Nitriding and Nitrocarburizing of Iron and Steels. Compr. Mater. Process.12 (2014), S. 413–437, 10.1016/b978-0-08-096532-1.01215-2Search in Google Scholar
© 2014, Carl Hanser Verlag, München
