Warmfeste austenitische Stähle als Matrixwerkstoffe für Verschleißanwendungen über 400°C
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der abrasive Warmverschleiß ist eine eigenständige Verschleißart metallischer Werkstoffe, die sich aufgrund des Einflusses der Temperatur auf die Eigenschaften des Werkstoffs von den Mechanismen des Raumtemperatur-Verschleißes unterscheidet. Im Vergleich zur Abrasion bei Raumtemperatur erfordert der abrasive Warmverschleiß eine höhere Warmfestigkeit und -härte, plastische Verformbarkeit und Verfestigungsfähigkeit der Werkstoffe. Diese Anforderungen beziehen sich primär auf die Metallmatrix, da deren Eigenschaften das stabile Verschleißverhalten des Werkstoffs bestimmen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Ansatz verfolgt, bei dem Untersuchungen der Mechanismen, welche für eine höhere Warmfestigkeit verantwortlich sind, mit Untersuchungen der Mechanismen und Einflussgrößen des abrasiven Warmverschleißes kombiniert werden. Das Ziel bestand darin, temperaturabhängige Veränderungen in den tribologischen Eigenschaften mit der Mikrostruktur zu korrelieren und die Ergebnisse für eine weitere Optimierung von warmverschleißbeständigen Werkstoffen zu nutzen. Ferner konnte im Rahmen des Forschungsvorhabens der Einfluss der Mikrostruktur auf die thermophysikalischen Eigenschaften analysiert wurden. Die erhöhte Tendenz zur Bildung von Stapelfehlern (SF) bei erhöhter Temperatur sollte aufgrund einer geringen Stapelfehlerenergie (SFE) zu einem erhöhten Widerstand gegen thermische Entfestigung führen. Auf die SFE kann durch die Legierungszusammensetzung gezielt Einfluss genommen werden. Mittels thermodynamischer Gleichgewichtsberechnungen sowie röntgenographischer und mikroskopischer Untersuchungen wurden SF, SFE und korrelierte Mikrostrukturprozesse untersucht. In-situ Experimente ermöglichten eine direkte Erfassung der mikrostrukturellen Reaktionen auf den abrasiven Warmverschleiß. Warmverschleißexperimente ergänzen diese Betrachtungen und gaben Aufschluss über die Einflüsse des Matrix-Werkstoffs auf den Betrag und die Mechanismen des abrasiven Warmverschleißes. Durch die vorher gewonnenen Erkenntnisse und thermodynamischen Berechnungen konnte ein Legierungssystem erarbeitet werden, welches hinsichtlich der Hochtemperatur-SFE optimiert wurde. Die Untersuchungen und Charakterisierungen des Legierungssystems im Rahmen des Forschungsvorhabens haben gezeigt, dass ein hinsichtlich der Hochtemperatur-SFE optimierter Werkstoff ebenfalls einen verbesserten Widerstand gegen Hochtemperatur-Abrasion aufweist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Investigation of the Tribological Behaviour of HS6-5-3 type Tool Steels during High-Temperature Sliding Wear*. HTM Journal of Heat Treatment and Materials, 72(2), 105-114.
Walter, M.; Egels, G.; Boes, J.; Röttger, A. & Theisen, W.
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Mechanisms of severe sliding abrasion of single phase steels at elevated temperatures: Influence of lattice structure and microstructural parameters. Wear, 376-377, 468-483.
Walter, M.; Weber, S.; Boes, J.; Egels, G. & Theisen, W.
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Investigation of austenitic FeCrNi steels with regard to stacking-fault energy and thermal austenite stability. Materialia, 3, 265-273.
Fussik, R.; Walter, M.; Theisen, W. & Weber, S.
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Subsurface characterization of high-strength high-interstitial austenitic steels after impact wear. Wear, 402-403, 137-147.
Mujica, Roncery L.; Agudo, Jácome L.; Aghajani, A.; Theisen, W. & Weber, S.
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Influence of Hot Hardness and Microstructure of High‐Alloyed Powder Metallurgical Tool Steels on Abrasive Wear Behavior at Elevated Temperatures. steel research international, 91(5).
Wulbieter, Nils; Pöhl, Fabian & Theisen, Werner
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On the evolution of dislocation cell structures in two Al-alloys (Al-5Mg and Al-11Zn) during reciprocal sliding wear at high homologous temperatures. Wear, 418-419, 1-12.
Parsa, A.B.; Walter, M.; Theisen, W.; Bürger, D. & Eggeler, G.
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A Comparative Study on the Tribological Properties of a Cobalt-Free Superaustenitic Stainless Steel at Elevated Temperature. Metals, 10(9), 1123.
van gen Hassend, Frederic & Weber, Sebastian
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XRD measurement of stacking fault energy of Cr–Ni austenitic steels: influence of temperature and alloying elements. Journal of Materials Science, 55(27), 13424-13437.
Walter, M.; Mujica, Roncery L.; Weber, S.; Leich, L. & Theisen, W.
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Hot Wear of Single Phase fcc Materials—Influence of Temperature, Alloy Composition and Stacking Fault Energy. Metals, 11(12), 2062.
Berger, Aaron; Walter, Maximilian; Benito, Santiago Manuel & Weber, Sebastian
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Impact of Thermophysical Properties of High-Alloy Tool Steels on Their Performance in Re-Purposing Applications. Materials, 15(23), 8702.
Berger, Aaron; Benito, Santiago; Kronenberg, Philipp & Weber, Sebastian
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Repurpose – How to upgrade tools and save resources. Cleaner Waste Systems, 6, 100114.
Kronenberg, P.; Hagedorn, W.; Berger, A.; Hellwig, F.; Wieczorek, L.; Jäger, S.; Weber, S. & Röttger, A.
