Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 83
Beschreibung des Verschleiliverhaltens austenitischer Stihle nach
) Kavitation
A
"?Priska Stemmer, >’ Birgit Gleising, 'Felipe Kirch, Alfons Fischer
mal of Alloys ' Institut für Technologien der Metalle, Werkstofftechnik, Universität Duisburg-Essen, Duisburg
? CENIDE, Universität Duisburg-Essen, Duisburg
0, 2004, 216, ) ICAN -Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale, Universität Duisburg-Essen, Duisburg
Sr,
1 Einführung
Rostfreie austenitische Stähle verfügen über hohe Festigkeiten bei gleichzeitig guter Zähigkeit. Sie
finden daher in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung, wo diese mechanischen Eigenschaften
und chemische Beständigkeit gefordert sind, wie z.B. in der Automobilbranche oder in der Biome-
dizin [1, 2]. Insbesondere CrNi-Stähle werden in der Biomedizin z.B. als Knochenplatten oder
Marknägel eingesetzt. CrNi-Stähle verfügen über eine akzeptable Biokompatibilität, die Freisetzung
von Nickel-Ionen kann allerdings zu allergischen Reaktionen führen. Alternativ werden häufig Ko-
balt-Chrom-Molybdän oder Titanlegierungen als nickelfreie Biomaterialien eingesetzt. Die Ent-
wicklung nickelfreier hochstickstoffhaltiger Stähle stellt eine weitere mögliche Alternative dar. Bei
den hochstickstoffhaltigen Stählen wird Nickel durch Mangan ersetzt, um eine ausreichende Lös-
lichkeit von Stickstoff zu erreichen. Stickstoff als Legierungselement ist nicht nur deutlich verträg-
licher, es führt zudem zu verbesserten mechanischen und chemischen Eigenschaften [3]. Zulegieren
von bis zu 1 wt-% Stickstoff kann aufgrund von Mischkristallverfestigung zu höheren Festigkeiten
führen ohne die Zähigkeit negativ zu beeinflussen. Kommt es allerdings zu Bildung von Cr»N-
Ausscheidungen oder o-Phasen führt dies zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaf-
ten und der Korrosionsbeständigkeit [2, 3]. Durch das kombinierte Legieren von Kohlenstoff und
Stickstoff wird die Löslichkeit im Austenit weiter erhöht. Dies hat den positiven Effekt, dass diese
Legierungen unter normalem Atmosphärendruck hergestellt werden können [4]. Da Stickstoff die
Stapelfehlerenergie der Legierung senkt, hat dies Einfluss auf das Gleitverhalten des Werkstoffs.
Legierungen mit niedrigen Stapelfehlerenergien zeigen planares Gleiten, hohe Stapelfehlerenergien
hingegen erleichtern das Klettern und Quergleiten von Versetzungen, was zur Bildung von Verset-
zungszellen führt. Unter reversiblem Gleitverschleiß wurde gezeigt, dass Materialien, die zu welli-
gem Gleiten neigen, große Verschleißpartikel bilden, was in der Folge zu hohen Verschleißraten
führt. Wogegen z.B. Kobaltbasislegierungen, welche eine sehr geringe Stapelfehlerenergie besitzen
und ein planares Gleitverhalten aufweisen, Nanometer kleine Verschleißpartikel erzeugen und so-
mit ein deutlich besseres Verschleißverhalten zeigen [5].
Für diesen Beitrag wurden verschiedene austenitische Stähle unter Kavitationsbelastung getestet
und die dabei entstandenen Verschleißpartikel untersucht. Die Analyse der verschlissenen Oberflä-
chen und der Partikel erfolgte am Rasterelektronenmikroskop. Die Querschliffe wurden zusätzlich
mittels Elektronenrückstreubeugung (engl.: electron backscattered diffraction, EBSD) untersucht.
