Entstehung und Ursachen von Eigenspannungen beim Gasnitrieren chromlegierter Stähle

Abstract

Kurzfassung Die mechanischen Eigenschaften nitrierter Bauteile werden in starkem Maße durch die sich bei der Nitrierung ausbildenden Eigenspannungen in der Verbindungs- und Diffusionsschicht bestimmt. Dabei wird der Eigenspannungszustand bei einer gegebenen Nitriertemperatur maßgeblich durch die Nitrierkennzahl und den Werkstoff selbst beeinflusst, während die Eigenspannungsausbildung bei der Abkühlung durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Nitridphasen und des Grundwerkstoffes sowie durch Ausscheidungsbildung bestimmt wird. Noch bis vor einigen Jahren konnten Eigenspannungsmessungen an nitrierten Bauteilen nur nach einer Nitrierbehandlung durchgeführt werden, was zu einem erheblichen Kenntnismangel hinsichtlich der Beeinflussung und Ausbildung von Eigenspannungszuständen während eines Nitrierprozesses führte. Aus diesem Grunde wurde am IWT (Stiftung Institut für Werkstofftechnik) in Bremen eine spezielle Nitrierapparatur entwickelt, die in ein Röntgendiffraktometer eingebaut wurde. Dadurch ist es möglich, die Entstehung und die Ursachen von Nitriereigenspannungen sowohl vor, nach als auch während einer konventionellen Gasnitrierbehandlung und der Abkühlung mit röntgenographischen Methoden in situ zu untersuchen. Experimentelle Ergebnisse an unlegierten Kohlenstoffstählen wurden bereits vorgestellt. Mithilfe dieser Messapparatur werden jetzt die Veränderungen der Eigenspannungen während einer Nitrierung und Abkühlung in den einzelnen Phasen der Verbindungs- und Diffusionsschicht der Stähle 42CrMo4 und 31CrMoV9 dargestellt. Es zeigte sich dabei, dass die Eigenspannungen in der Verbindungsschicht weitgehend konstant sind, während die zu Beginn der Nitrierung in der Diffusionsschicht vorliegenden hohen Druckeigenspannungen durch die Bildung von Chromnitridausscheidungen abnehmen.