Gezielte Nutzung der Gas-Festkörperinteraktion während des Sinterns hochlegierter Stähle unter Stickstoff

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Einbringung von Stickstoff in vier hochlegierte PM-Stähle. Anhand umfangreicher Messreihen erfolgt eine Charakterisierung der Pulver im Ausgangszustand sowie während der Aufheizphase, um den Einfluss von Stickstoff auf die Vorgänge in und auf dem Pulverkorn zu detektieren. Unter Berücksichtigung einer gezielten Gas-Festkörperinteraktion werden daraufhin individuelle Sinterreihen für die einzelnen Stahlgüten konzipiert und durchgeführt. Anschließend werden die Sinterlinge im Hinblick auf die jeweiligen Optimierungsvorhaben untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit kann neben der erfolgreichen Verdichtung der untersuchten Stahlpulver mittels SLPS die gezielte Einbringung von Stickstoff während des Sinterns realisiert werden. Es wird weiterhin gezeigt, dass Stickstoff eine positive Wirkung auf die mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Stahls hat oder zu einer Vereinfachung des Verdichtungsprozesses beiträgt

Influence of the PM-Processing Route and Nitrogen Content on the Properties of Ni-Free Austenitic Stainless Steel

Ni-free austenitic steels alloyed with Cr and Mn are an alternative to conventional Ni-containing steels. Nitrogen alloying of these steel grades is beneficial for several reasons such as increased strength and corrosion resistance. Low solubility in liquid and δ-ferrite restricts the maximal N-content that can be achieved via conventional metallurgy. Higher contents can be alloyed by powder-metallurgical (PM) production via gas–solid interaction. The performance of sintered parts is determined by appropriate sintering parameters. Three major PM-processing routes, hot isostatic pressing, supersolidus liquid phase sintering (SLPS), and solid-state sintering, were performed to study the influence of PM-processing route and N-content on densification, fracture, and mechanical properties. Sintering routes are designed with the assistance of thermodynamic calculations, differential thermal analysis, and residual gas analysis. Fracture surfaces were studied by X-ray photoelectron spectroscopy, secondary electron microscopy, and energy dispersive X-ray spectroscopy. Tensile tests and X-ray diffraction were performed to study mechanical properties and austenite stability. This study demonstrates that SLPS process reaches high densification of the high-Mn-containing powder material while the desired N-contents were successfully alloyed via gas–solid interaction. Produced specimens show tensile strengths >1000\ua0MPa combined with strain to fracture of 60\ua0pct and thus overcome the other tested production routes as well as conventional stainless austenitic or martensitic grades