Untersuchung von ferromagnetischen Effekten an austenitischen rostfreien Stählen nach einer Niedertemperatur-Karburierung

Schuler, Philipp Steffen; Krupp, Ulrich (Thesis advisor); Gümpel, Paul (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022, 2023)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit unterschiedlichen nichtrostenden austenitischen Stählen, an denen nach einer Niedertemperatur-Karburieurung teilweise ferromagnetische Effekte nachgewiesen werden konnten. Austenitische nichtrostende Stähle finden ein breites Anwendungsspektrum, das von der chemischen Industrie bis zur Uhrenmanufaktur reicht. Aufgrund des kubisch flächenzentrierten Gitters sind diese Stähle bei tribologischer Beanspruchung sehr anfällig für Verschleiß. Da eine konventionelle Härtung, wegen der ausbleibenden Ferrit-Austenitumwandlung nicht möglich ist, bleibt hier nur die Möglichkeit einer Oberflächenhärtung z.B. mittels einer Niedertemperatur-Karburierung. Die hierbei erzeugte gehärtete Randschicht besteht aus einem, durch die interstitielle Einlagerung von Kohlenstoff, expandierten austenitischen Gitter. In Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung, können sich dabei ferromagnetische Eigenschaften in der Schicht einstellen. In der Arbeit wurden neun unterschiedliche nichtrostende austenitische Legierungen einer Niedertemperatur-Karburierung unterzogen und anschließend untersucht. Der Fokus wurde dabei auf Untersuchungen bezüglich des Ferromagnetismus gelegt. Dabei konnte bei den niedriger legierten austenitischen Stählen keine Magnetisierbarkeit nach der Wärmebehandlung erkannt werden, während die höher legierten Stähle eine sehr deutliche Magnetisierbarkeit ausbildeten. In den ferromagnetischen Schichtbereichen konnten kornorientierungsabhängige magnetische Domänenstrukturen nachgewiesen werden. Weiter konnte nachgewiesen werden, dass nur ein Teil der ausgebildeten Schicht ferromagnetische Eigenschaften aufwies und diese durch eine kritische Gitteraufweitung hervorgerufen werden. Der Gitterparameterbereich, in dem ferromagnetische Eigenschaften in der Schicht vorherrschen, konnte mit unterschiedlichen Verfahren nachgewiesen werden. Durch eine ergänzende Bewertung der Ergebnisse mittels der legierungsabhängigen Stapelfehlerenergie, konnte eine differenzierte Ergebnisbewertung vorgenommen werden. Weiter konnte für die untersuchten Legierungen eine minimal nötige Stapelfehlerenergie bestimmt werden, ab welcher die Legierungen einen Ferromagnetismus in der Schicht ausbilden. Auch eine unterschiedliche Ausprägung von Gitterdefekten konnte legierungs- als auch kornorientierungsabhängig erkannt werden. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Legierungszusammensetzung entscheidend ist für die Ausbildung von Ferromagnetismus in der Schicht. Der auftretende Ferromagnetismus wird mit der Gitteraufweitung begründet, wobei überlagert auch noch das legierungsabhängige plastische Deformationsverhalten eine Rolle spielt, welches mittels der Stapelfehlerenergie beschrieben werden kann.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
• Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]