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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Normalisieren von ferritischen oder niedrig legierten martensitischen nichtrostenden Stählen, sowie ein Bauteil aus normalisiertem ferritischem oder niedrig legiertem martensitischen nichtrostenden Stahl.
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Stand der Technik
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Die mechanischen Eigenschaften von Stählen können durch Normalisierung verbessert werden. Dabei werden durch Wärmebehandlungen Phasenumwandlungen durchlaufen, wodurch sich eine Kornfeinung ergibt. Die üblichen Normalisierungsverfahren lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres auf ferritische oder niedrig legierte martensitische, nichtrostende Stähle anwenden, da diese nicht die notwendigen Phasenumwandlungen aufweisen.
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Ferner können die mechanischen Eigenschaften von Stählen durch Randschichthärten, wie beispielsweise durch Aufsticken, verbessert werden. Randschichthärten ist beispielsweise aus der
DE 43 33 917 A1 oder der
DE 20 2004 016 352 U1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Normalisieren von ferritischen oder niedrig legierten martensitischen, nichtrostenden Stählen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a) Aufsticken von zumindest einem Bauteil aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl bei einer Aufsticktemperatur und einem ersten Stickstoffpartialdruck,
- b) Glühen des Bauteils bei einer Kornneubildungstemperatur und einem zweiten Stickstoffpartialdruck,
- c) Optional Glühen des Bauteils bei einer Austenitisierungstemperatur und einem dritten Stickstoffpartialdruck,
- d) Optional Absticken des Bauteils bei der Austenitisierungstemperatur und einem vierten Stickstoffpartialdruck,
- e) Abkühlen des Bauteils,
wobei die Verfahrensschritte b) und c) optional mehrfach alternierend wiederholt werden.
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Unter Normalisieren ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Kornfeinung durch Phasenumwandlungen zu verstehen.
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Im Gegensatz zu bekannten Normalisierungsmethoden, die zur Behandlung beispielsweise von untereutektoiden Stählen, wie beispielsweise klassischen Kohlenstoffstählen, verwendet werden können, kann durch das vorgeschlagene Verfahren auch eine Normalisierung von ferritischen oder niedrig legierten martensitischen, nichtrostenden Stählen erreicht werden, die durch übliche Methoden nicht erreichbar ist.
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Es wird somit ein Verfahren zum Normalisieren von ferritischen oder niedrig legierten martensitischen nichtrostenden Stählen vorgeschlagen, also ein Verfahren zur Normalisierung von ferritischen, nichtrostenden Stählen oder von niedrig legierten, martensitischen, nichtrostenden Stählen.
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Unter nichtrostenden Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle zu verstehen, die durch einen hohen Anteil von Chrom gegen Korrosion und Säure beständiger sind. Üblicherweise weisen nichtrostende Stähle einen Chromanteil von mehr als 10,5 Gew.-% auf. Stähle sind dabei Werkstoffe, deren Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elementes, und deren Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2 Gew.-% ist. Nichtrostende Stähle im Sinne der vorliegenden Erfindung können dabei noch weitere Legierungsbestandteile wie Nickel, Molybdän, Mangan, Niob, Vanadium, Wolfram, Titan und/oder Kupfer aufweisen.
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Unter niedrig legierten martensitischen Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle mit einer martensitischen Struktur zu verstehen, bei denen die Summe der weiteren Legierungsbestandteile einen Gehalt von 5 Massenprozent nicht überschreitet. Unter weiteren Legierungsbestandteilen sind dabei die Neben Eisen und Chrom vorliegenden Elemente, beziehungsweise die neben Chrom dem Eisen zugesetzten weiteren Legierungselemente. Insbesondere sind darunter Stähle zu verstehen, die einen Anteil von Kohlenstoff und Stickstoff in Summe von kleiner oder gleich 0,4 Gew.-% aufweisen. Beispielsweise sind darunter Stähle zu verstehen wie der Stahl X20Cr13.
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Unter ferritischen Stählen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Stähle mit einer ferritischen Struktur zu verstehen. Beispielsweise sind darunter Stähle zu verstehen wie der Stahl X6Cr13 oder X2CrTiNb18.
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Derartige Stähle können beispielsweise weichmagnetische Stähle sein. Weichmagnetische Stähle sind Stähle, die sich leicht magnetisieren lassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Aufsticken von zumindest einem Bauteil aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl bei einer Aufsticktemperatur und einem ersten Stickstoffpartialdruck,
- b) Glühen des Bauteils bei einer Kornneubildungstemperatur und einem zweiten Stickstoffpartialdruck,
- c) Optional Glühen des Bauteils bei einer Austenitisierungstemperatur und einem dritten Stickstoffpartialdruck,
- d) Optional Absticken des Bauteils bei der Austenitisierungstemperatur und einem vierten Stickstoffpartialdruck,
- e) Abkühlen des Bauteils,
wobei die Verfahrensschritte b) und c) optional mehrfach alternierend wiederholt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Kornfeinung von ferritischen oder niedrig legierten martensitischen, nichtrostenden Stählen erreicht werden.
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Dadurch kann die mechanische Festigkeit, beispielsweise die Schwingfestigkeit und/oder das Sprödbruchverhalten, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird zunächst ein Bauteil aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl bei einer Aufsticktemperatur und einem ersten Stickstoffpartialdruck in einem Verfahrensschritt a) aufgestickt. Dabei wird das Bauteil auf die Aufsticktemperatur erwärmt und von einer Atmosphäre umgeben, die den ersten Stickstoffpartialdruck aufweist.
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Die Aufsticktemperatur und der erste Stickstoffpartialdruck können dabei nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erreicht werden. Beispielsweise kann das Bauteil in einer Kammer in einem Ofen auf die Aufsticktemperatur aufgeheizt werden, wobei die Atmosphäre der Kammer den ersten Stickstoffpartialdruck aufweist. Entsprechend können auch die anderen Temperaturen und Stickstoffpartialdrucke erreicht werden.
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Durch das Aufsticken kann erreicht werden, dass das Bauteil zumindest in einem Randbereich des Bauteils Stickstoff aufnimmt. Dadurch kann der Stickstoffgehalt des Stahls des Bauteils zumindest im Randbereich des Bauteils erhöht werden. Insbesondere kann dadurch zumindest im Randbereich des Bauteils eine Austenitstruktur ausgebildet werden. Alternativ kann das Bauteil auch vollständig aufgestickt werden, wodurch im gesamten Bauteil eine Austenitstruktur ausbildet werden kann.
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Anschließend wird das Bauteil in einem Verfahrensschritt b) bei einer Kornneubildungstemperatur und einem zweiten Stickstoffpartialdruck geglüht.
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Unter der Kornneubildungstemperatur ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Temperatur in einem Bereich zu verstehen, in dem der unter dem zweiten Stickstoffpartialdruck vorliegende Stahl zwei thermodynamisch stabile Phasen aufweist, insbesondere Ferrit und Austenit.
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Dadurch kann erreicht werden, dass die in Verfahrensschritt a) ausgebildete Austenitstruktur Ferritkörner ausbildet.
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Anschließend kann das Bauteil in einer bevorzugten Ausgestaltung in einem Verfahrensschritt c) bei einer Austenitisierungstemperatur und einem dritten Stickstoffpartialdruck geglüht werden.
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Unter der Austenitisierungstemperatur ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Temperatur in einem Bereich zu verstehen, in dem der unter dem dritten Stickstoffpartialdruck vorliegende Stahl eine thermodynamisch stabile Phase aufweist, insbesondere Austenit.
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Dadurch kann erreicht werden, dass sich die in Verfahrensschritt b) gebildeten Ferritkörner wieder in Austenit umwandeln, wobei der Austenit eine feinere Kornstruktur erhält, indem die Korngrenzen der zuvor gebildeten Ferritkörner als Austenitkörner im Wesentlichen erhalten bleiben.
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Die Verfahrensschritte b) und c) werden dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung mehrfach alternierend wiederholt.
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Durch das mehrfach alternierende Wiederholen kann eine besonders feine Körnung des Bauteils erreicht werden.
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Anschließend wird das Bauteil in einem Verfahrensschritt d) optional bei der Austenitisierungstemperatur und einem vierten Stickstoffpartialdruck abgestickt.
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Unter einem Absticken ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verringerung des Stickstoffgehalts des Bauteils zu verstehen. Dabei kann der Stickstoffgehalt insbesondere im Vergleich zum aufgestickten Bauteil nach Verfahrensschritt a) wieder reduziert werden. Beispielsweise kann der Stickstoffgehalt wieder auf den ursprünglichen Stickstoffgehalt des in Verfahrensschritt a) eingesetzten Bauteils reduziert werden.
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In Verfahrensschritt e) wird das Bauteil dann abgekühlt. Unter einem Abkühlen des Bauteils wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Reduzieren der Temperatur, insbesondere auf Raumtemperatur verstanden. Dadurch kann die Wärmebehandlung beendet werden. Das Abkühlen kann dabei auch ein Abschrecken, also ein rasches Abkühlen des Bauteils sein. Dadurch kann erreicht werden, dass das Bauteil keine weitere Phasenumwandlung durchläuft und, je nach Stahl, (teil)martensitisch erstarrt.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass auf Verfahrensschritt b) der Verfahrensschritt d) oder e) folgt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Verfahren keinen Verfahrensschritt c) aufweist.
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Dadurch kann ein Mischgefüge eingestellt werden, beispielsweise von Ferrit und Martensit und/oder Perlit. Durch das vorbeschriebene Verfahren kann dabei eine Kornfeinung auch für das Mischgefüge erreicht werden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte chronologisch nacheinander durchgeführt werden.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt a) bei einer Aufsticktemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1000 °C bis kleiner oder gleich 1200 °C durchgeführt wird, vorzugsweise größer oder gleich 1050°C bis kleiner oder gleich 1150 °C.
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Dadurch kann erreicht werden, dass sich eine Aufstickung besonders gut erreichen lässt. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass der Stickstoff ausreichend tief und schnell in das Bauteil eindringt und sich eine besonders homogene Austenitrandschicht oder Austenitstruktur ausbildet.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt a) bei einem ersten Stickstoffpartialdruck in einem Bereich von größer oder gleich 0,05 bar bis kleiner oder gleich 6 bar durchgeführt wird, vorzugsweise größer oder gleich 1 bar bis kleiner oder gleich 3 bar.
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Dadurch kann erreicht werden, dass der Stickstoff mit einer geeigneten Geschwindigkeit in das Bauteil eindiffundiert und das Bauteil einen gewünschten Stickstoffgehalt im Gleichgewicht aufweist.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt a) für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 5 Minuten bis kleiner oder gleich 5 Stunden durchgeführt wird.
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Dadurch kann erreicht werden, dass die Dicke der aufgestickten Schicht eingestellt werden kann. Durch eine längere Aufstickdauer kann eine dickere Randschicht erreicht werden, bis hin zum Aufsticken des vollständigen Bauteils.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass in den Verfahrensschritten b) und c) der zweite Stickstoffpartialdruck ungleich dem dritten Stickstoffpartialdruck und die Kornneubildungstemperatur gleich der Austenitisierungstemperatur ist.
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Alternativ kann für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt vorgesehen sein, dass in den Verfahrensschritten b) und c) die Kornneubildungstemperatur ungleich der Austenitisierungstemperatur und der zweite Stickstoffpartialdruck gleich dem dritten Stickstoffpartialdruck ist.
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In anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zischen Verfahrensschritten b) und c) die Temperatur variiert wird, während der Stickstoffpartialdruck konstant gehalten wird, oder der Stickstoffpartialdruck variiert wird, während die Temperatur konstant gehalten wird.
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Dabei ist unter konstant halten, bzw. unter gleich sein, zu verstehen, dass verfahrensbedingte Schwankungen der konstant gehaltenen Temperatur oder des konstant gehaltenen Drucks, insbesondere bei Änderung des jeweils anderen Parameters, mit umfasst sind.
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Dadurch kann erreicht werden, dass das Verfahren einfach kontrollierbar ist und der zweiphasige Bereich in Schritt b), sowie der einphasige Bereich in Schritt c) gut erreicht werden können, da ein Parameter konstant gehalten wird.
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Alternativ kann für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt vorgesehen sein, dass Temperatur und Stickstoffpartialdruck zwischen den Verfahrensschritten b) und c) verändert werden.
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Dadurch kann erreicht werden, dass die Parameter insgesamt weniger verändert werden müssen, so dass eine träge Reaktion auf die Parameterveränderung verringert werden kann.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zwischen einem Schritte b) und einem Schritt c) die Temperatur variiert und der Stickstoffpartialdruck konstant gehalten wird und zwischen einem anderen Schritt b) und einem anderen Schritt c) der Stickstoffpartialdruck variiert und die Temperatur konstant gehalten wird. Beispielsweise kann eine erste Hälfte von mehrfach alternierend wiederholten Schritten b) und c) eine Temperaturvariation aufweisen, während eine zweite Hälfte eine Variation des Stickstoffpartialdruckes aufweist.
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Weiter bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass die Kornneubildungstemperatur in Verfahrensschritt b) größer ist als die Aufsticktemperatur, vorzugsweise in einem Bereich von größer oder gleich 10 °C bis kleiner oder gleich 50 °C größer als die Aufsticktemperatur.
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Dadurch kann erreicht werden, dass der zweiphasige Bereich besonders schnell erreicht werden kann. Durch das Einstellen des zweiphasigen Bereichs über die Kornneubildungstemperatur kann zudem erreicht werden, dass der gesamte aufgestickte austenitische Bereich schnell in den zweiphasigen Bereich gebracht wird und somit eine homogene Kornbildung erreicht wird, die sich bei durchgestickten Bauteilen nicht nur auf die Randschicht beschränkt.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass die Austenitisierungstemperatur in Verfahrensschritt c) kleiner ist als die Aufsticktemperatur, vorzugsweise in einem Bereich von größer oder gleich 10 °C bis kleiner oder gleich 50 °C kleiner als die Aufsticktemperatur.
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Dadurch kann ermöglicht werden, dass der einphasige Bereich besonders schnell erreicht werden kann. Durch das Einstellen des einphasigen Bereichs über die Austenitisierungstemperatur kann zudem erreicht werden, dass der gesamte aufgestickte Bereich schnell in den einphasigen Bereich gebracht wird und somit die Körner homogen wieder in Austenit umgewandelt werden.
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Es kann für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt vorgesehen sein, dass zumindest einer von dem zweiten und dritten Stickstoffpartialdruck kleiner oder gleich dem ersten Stickstoffpartialdruck ist, vorzugsweise in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 bar bis kleiner oder gleich 2 bar kleiner als der erste Stickstoffpartiald ruck.
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Dadurch kann erreicht werden, dass nach dem Aufsticken ein weiteres Aufsticken in den Verfahrensschritten b) und c) vermieden wird.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der zweite Stickstoffpartialdruck größer ist als der dritte Stickstoffpartialdruck, vorzugsweise in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 bar bis kleiner oder gleich 3 bar größer als der dritte Stickstoffpartiald ruck.
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Dadurch kann erreicht werden, dass der einphasige Bereich besonders schnell erreicht werden kann. Durch das Einstellen des einphasigen Bereichs über den zweiten Stickstoffpartialdruck und des zweiphasigen Bereichs über den dritten Stickstoffpartialdruck kann zudem erreicht werden, dass ein oberflächennaher Bereich und die Oberfläche des Bauteils besonders gut normalisiert werden.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass der zweite und dritte Stickstoffpartialdruck in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 bar bis kleiner oder gleich 3 bar sind, die Kornneubildungstemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1110 °C bis kleiner oder gleich 1150 °C ist und die Austenitisierungstemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1050 °C und kleiner oder gleich 1090 °C ist.
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Dadurch kann besonders effizient und effektiv eine Normalisierung erreicht werden.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass die Kornneubildungstemperatur und die Austenitisierungstemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1050 °C bis kleiner oder gleich 1120 °C sind, der zweite Stickstoffpartialdruck in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 bar bis kleiner oder gleich 1 bar ist und der dritte Stickstoffpartialdruck in einem Bereich von größer oder gleich 1 bar bis kleiner oder gleich 3 bar ist.
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Dadurch kann eine besonders gute Normalisierung im Randbereich des Bauteils erreicht werden und somit einen besonders feine Körnung.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt b) und c) zusammen insgesamt für eine Dauer in einem Bereich von größer oder gleich 5 Minuten bis kleiner oder gleich 15 Stunden durchgeführt wird.
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Dadurch kann erreicht werden, dass das Bauteil nach der Normalisierung eine besonders feine und homogene Körnung aufweist.
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Bevorzugt kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass der vierte Stickstoffpartialdruck kleiner ist als der zweite und/oder dritte Stickstoffpartialdruck und/oder kleiner als der erste Stickstoffpartialdruck, wobei der vierte Stickstoffpartialdruck bevorzugt kleiner oder gleich 0,1 bar ist, besonders bevorzugt 0,0 bar.
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Dadurch kann erreicht werden, dass der Stickstoffanteil im Bauteil besonders gut wieder reduziert werden kann. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass das Bauteil besonders schnell wieder seinen ursprünglichen Stickstoffanteil aufweist. Dabei kann vorteilhafter Weise vermieden werden, dass die Körnung des Bauteils wieder gröber wird.
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Mit der Erfindung wird ferner ein Bauteil aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl vorgeschlagen, wobei das Bauteil nach dem vorbeschriebenen Verfahren normalisiert wurde.
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Ein derartiges Bauteil weist die Vorteile auf, dass das Bauteil eine feinkörnige Randschicht aufweist oder vollständig feinkörnig ist. Dadurch können die Bauteile eine verbesserte mechanische Festigkeit, beispielsweise eine verbesserte Schwingfestigkeit und ein verbessertes Sprödbruchverhalten bei niedrigen Temperaturen aufweisen.
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Derartige Bauteile eignen sich besonders für mechanisch beanspruchte Teile aus weichmagnetischen Stählen oder Baustählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Beispielsweise eignen sich die Bauteile als Elektroblech, Anker und/oder Polkern in Magnetventilen oder für Benzinpumpengehäuse oder Metallpulverspritzgussteile von Ventilsitzen.
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Mit der Erfindung wird deswegen ferner die Verwendung derartig behandelter Bauteile für die genannten Anwendungen vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Bauteils werden durch die Figur und das Beispiel veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figur und das Beispiel nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Es zeigt:
- 1 Einen schematisches Zeitdiagramm zum Normalisieren eines Bauteils aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl;
- 2 Den beispielhaften Verlauf des Bauteils bei Temperaturänderung im Phasendiagramm des quaternären Systems Fe-Cr-C-N bei 1 bar Stickstoffpartialdruck;
- 3 Den beispielhaften Verlauf des Bauteils bei Stickstoffpartialdruckänderung im Phasendiagramm des quaternären Systems Fe-Cr-C-N bei 0,2 bar Stickstoffpartialdruck;
- 4 Die schematische Zusammensetzung des Bauteils nach den Verfahrensschritten a), b) und c).
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1 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Temperatur und des Stickstoffpartialdruckes einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt a wird das Bauteil aus ferritischem oder niedrig legiertem martensitischem, nichtrostendem Stahl auf eine Aufsticktemperatur 1 von beispielsweise 1100 °C gebracht, unter einer Atmosphäre mit einem ersten Stickstoffpartialdruck 2 von beispielsweise 3 bar. Dabei bildet sich in einem Randbereich des Bauteils eine stickstoffhaltige Austenitstruktur. Das Bauteil wird im Anschluss an Verfahrensschritt a in einem zweiten Verfahrensschritt b auf eine Kornneubildungstemperatur 3 von beispielsweise 1130 °C gebracht, wobei der Stickstoffpartialdruck auf einen zweiten Stickstoffpartialdruck 4 von beispielsweise 1 bar abgesenkt wird. Dabei befindet sich das Bauteil für die aufgestickte Zusammensetzung in einem Bereich im Phasendiagramm, in dem Austenit 8 und Ferrit 9 nebeneinander thermodynamisch stabil vorliegen, wie in 2 gezeigt und später beschrieben. Es bilden sich Körner aus Ferrit.
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Anschließend wird das Bauteil in einem dritten Verfahrensschritt c auf eine Austenitisierungstemperatur 5 von beispielsweise 1070 °C gebracht. Der dabei eingestellte dritte Stickstoffpartialdruck 6 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel dem zweiten Stickstoffpartialdruck 4. Dabei befindet sich das Bauteil für die aufgestickte Zusammensetzung in einem Bereich im Phasendiagramm, in dem nur Austenit thermodynamisch stabil ist, wie in 2 gezeigt. Die Ferritkörner wandeln sich somit wieder in Austenit um, wobei die Körner an sich bestehen bleiben. Im Anschluss wird in einem vierten Verfahrensschritt b das Bauteil wieder auf die Kornneubildungstemperatur 3 aufgeheizt, wobei wieder der zweite Stickstoffpartialdruck 4 eingestellt wird. Es bilden sich erneut Ferritkörner. Im nächsten, fünften Verfahrensschritt d wird das Bauteil wieder auf die Austenitisierungstemperatur 5 abgekühlt, wodurch sich der Ferrit wieder in Austenit umwandelt. Zugleich wird ein vierter Stickstoffpartialdruck 7 von beispielsweise 0 bar eingestellt, wodurch das Bauteil wieder abgestickt wird. Im Anschluss wird das Bauteil in einem sechsten Verfahrensschritt e auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Das so erhaltene Bauteil weist eine besonders feine Körnung auf und somit eine verbesserte Schwingfestigkeit und ein verbessertes Sprödbruchverhalten bei niedrigen Temperaturen.
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2 zeigt den beispielhaften Verlauf des Bauteils bei Temperaturänderung im Phasendiagramm des quaternären Systems Fe-Cr-C-N bei 1 bar Stickstoffpartialdruck. Dabei wird das aufgestickte Bauteil nach dem Verfahrensschritt b durch Erhöhen der Temperatur auf die Kornneubildungstemperatur in den Bereich des Phasendiagramms gebracht, in dem Austenit 8 und Ferrit 9 nebeneinander thermodynamisch stabil vorliegen, so dass sich Ferritkörner bilden. Anschließend wird in Verfahrensschritt c durch Absenken der Temperatur auf die Austenitisierungstemperatur das aufgestickte Bauteil in den Bereich des Phasendiagramms gebracht, in dem nur Austenit 8 thermodynamisch stabil vorliegt, wodurch sich die Ferritkörner in Austenitkörner umwandeln. Verfahrensschritte b und c können dabei mehrfach alternierend nacheinander durchgeführt werden.
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Im Vergleich dazu zeigt 3 den beispielhaften Verlauf des Bauteils bei Stickstoffpartialdruckänderung im Phasendiagramm des quaternären Systems Fe-Cr-C-N bei 0,2 bar Stickstoffpartialdruck. Durch Absenken des Stickstoffpartialdrucks nach Verfahrensschritt a auf den zweiten Stickstoffpartialdruck wird das aufgestickte Bauteil in den Bereich des Phasendiagramms gebracht, in dem Austenit 8 und Ferrit 9 nebeneinander thermodynamisch stabil vorliegen, so dass sich Ferritkörner bilden. Anschließend wird in Verfahrensschritt c durch erhöhen des Stickstoffpartialdrucks auf den dritten Stickstoffpartialdruck das aufgestickte Bauteil in den Bereich des Phasendiagramms gebracht, in dem nur Austenit 8 thermodynamisch stabil vorliegt, wodurch sich die Ferritkörner in Austenitkörner umwandeln. Verfahrensschritte b und c können dabei mehrfach alternierend nacheinander durchgeführt werden.
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4 zeigt die schematische Zusammensetzung des Bauteils nach den Verfahrensschritten a), b) und c). Nach dem Aufsticken in Verfahrensschritt a weist das Bauteil 10 eine Randschicht mit Austenit 8 auf. Nach dem Glühen in Verfahrensschritt b bei der Kornneubildungstemperatur und dem zweiten Stickstoffpartialdruck haben sich im Austenit 8 mehrere Körner aus Ferrit 9 gebildet. Nach dem anschließenden Glühen in Verfahrensschritt c haben sich die Körner aus Ferrit 9 wieder in Austenit 8 umgewandelt, wobei die Struktur die Körnung beibehält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4333917 A1 [0003]
- DE 202004016352 U1 [0003]
