Wechselwirkung zwischen dem Ausgangs-Werkstoffzustand und den daraus folgenden Eigenschaften plasma-nitrierter austenitischer Stähle

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Bräuer; Dr.-Ing. Holger Hoche
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194983727

Die Korrosionsbeständigkeit plasmanitrierter austenitischer Stähle ist in der Regel schlechter als ohne Plasmanitrierung. Um der Verschlechterung der Korrosionseigenschaften entgegenzuwirken, wurden Empfehlungen an die Prozessführung formuliert, die im Wesentlichen die Behandlungstemperatur betreffen, die sich allerdings auf rein phänomenologischen Beobachtungen gründen. Eine grundlegende Modellvorstellung zur Klärung der Wechselwirkung zwischen dem Plasmanitrierungsprozess, dem Werkstoffzustand des zu behandelnden Materials und den resultierenden Korrosionseigenschaften ist nach wie vor zu erstellen. Diese Notwendigkeit wird belegt, dass es trotz der Einhaltung der phänomenologischen Empfehlungen immer noch zu unzulässigen und kausal ungeklärten Verschlechterungen des Korrosionsverhaltens kommt. Die Einflussfaktoren ergeben sich aus den vielfältigen Parametern der Plasmabehandlung und aus dem Ausgangs-Werkstoffzustand des zu behandelnden Materials. Insbesondere das vom Werkstoffzustand abhängige Diffusionsvermögen beeinflusst Prozessergebnis, Verschleiß- und Korrosionsverhalten. In diesem Zusammenhang sind Korngröße, Ausscheidungen, Eigenspannungen und, bei metastabilen Austeniten, die Bildung von verformungsinduziertem Martensit als mögliche Einflussfaktoren zu nennen. Auch die Rauheit und mechanische Oberflächenbehandlungen, z.B. Kugelstrahlen, beeinflussen das Nitrierergebnis. Vor diesem Hintergrund werden in dem beantragten Projekt die grundlegenden Wechselwirkungen bzw. Zusammenhänge zwischen dem Werkstoffzustand des Ausgangsmaterials und der Prozessführung beim Plasmanitrieren in Bezug auf das Prozessergebnis untersucht. Eine einseitige Optimierung der Korrosionsbeständigkeit ist jedoch nicht zielführend, da die Aufrechterhaltung einer zu fordernden Verschleißbeständigkeit aus funktioneller Sicht zumeist ein wesentliches Merkmal der Plasmanitrierung ist. Beide Eigenschaften werden durch die Umwandlung der Oberflächenrandzone in Abhängigkeit von deren Konstitution gegenläufig beeinflusst, so dass der Kenntnis der werkstoffzustandspezifischen Wechselwirkungen bei korrosiver und tribologischer Belastung eine enorme Bedeutung zukommt. Im Projekt durch Plasmanitrierung anzustrebende Werkstoffzustände werden daher durch einen Kompromiss der notwendigerweise aufrechtzuerhaltenden Verschleißbeständigkeit bei möglichst geringer Einbuße der Korrosionsbeständigkeit gekennzeichnet. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Modellvorstellung für das Plasmanitrieren formuliert, die die Auswirkung werkstofflicher Merkmale des Ausgangsmaterials und der Prozesstechnik auf das Korrosionsverhalten und auf das Verschleißverhalten beschreibt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Torsten Troßmann