Carbonitrieren von Warmarbeitsstählen*

Abstract

Kurzfassung Um den hohen Beanspruchungen bei der Warmmassivumformung zu begegnen, werden die Randbereiche der eingesetzten Werkzeuge nitriert. In vorangegangenen Untersuchungen zu nitrierten Gesenken zeigte sich, dass die Verschleißtiefe an kritischen Stellen deutlich über der Nitrierhärtetiefe lag. Eine Steigerung der Nitrierhärtetiefe ist durch Nitrierdauern von mehreren hundert Stunden in den meisten Fällen jedoch unwirtschaftlich. Eine Möglichkeit, die Randschicht der Werkzeuge mit einem erhöhten Verschleißwiderstand und einer höheren Warmfestigkeit in wirtschaftlichen Zeiten auszustatten, ist das Carbonitrieren, bei dem die Eindiffusion der Elemente Stickstoff und Kohlenstoff bei höheren Temperaturen erfolgt. Das Carbonitrieren wird üblicherweise für Bauteile aus unlegierten und niedriglegierten Stählen mit Kohlenstoffgehalten unter 0,25 % angewendet, um deren Randschichteigenschaften zu verbessern und kostspieligere, höher legierte Werkstoffe zu ersetzen. Bei der Entwicklung des Carbonitrierens für Warmarbeitsstähle sind die Verhältnisse und auch die Zielrichtung grundlegend anders. Durch den hohen Legierungsanteil besteht hier die Möglichkeit, schwerpunktmäßig feinverteilte Sondernitride und Sondercarbonitride der Legierungselemente auszuscheiden, die den Verschleißwiderstand steigern und temperaturstabil sind. Obwohl das Carbonitrieren auch für Warmarbeitsstähle Potenzial zur Verbesserung der Randschichteigenschaften birgt, liegen bisher wenige Untersuchungen mit diesem Fokus vor. In der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Carbonitrieren der Warmarbeitsstähle X38CrMoV5-3 und 55NiCrMoV7 durchgeführt, um die Behandlungsparameter zu erarbeiten, die zu verschleißfesten und temperaturstabilen Randschichten mit feinverteilten Ausscheidungen führen.