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H2020

PlaSSteel — Ergebnis in Kürze

Project ID: 774285
Land: Bulgarien
Bereich: Industrie

Widerstandsfähiger Edelstahl

Von der EU finanzierte Forscher haben ein neuartiges Verfahren zur Oberflächenhärtung von Edelstahl entwickelt, das einen hohen Härtegrad und zugleich außergewöhnliche Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit gewährleistet.
Widerstandsfähiger Edelstahl
Edelstahl ist das Material der ersten Wahl in zahlreichen Branchen, in denen Korrosionsbeständigkeit von größter Bedeutung ist, zum Beispiel für Teile, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind. Diese bevorzugte Eigenschaft geht jedoch nicht immer einher mit einer hohen Oberflächenhärte, Verschleißbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit.

Die meisten Wärmebehandlungsverfahren können nicht einfach auf Edelstahl angewandt werden, um dessen Eigenschaften zu verbessern. Insbesondere wirkt sich die Oberflächenhärtung von Edelstahl durch Nitrierung und Sursulfen im herkömmlichen Temperaturbereich von 500 bis 1000° C äußerst negativ auf die Korrosionseigenschaften aus. Eine mögliche Lösung besteht darin, Prozesse umzusetzen, die eine Oberflächenhärtung von Edelstahl bei geringeren Temperaturen ermöglichen.

Das von der EU finanzierte PLASSTEEL-Projekt hat einen fortschrittlichen Prozess zur Oberflächenhärtung von Edelstahl bei niedrigen Temperaturen entwickelt, mit dem die Materialeigenschaften genau angepasst werden können. Das neue Wärmebehandlungsverfahren kann für alle ferritischen, martensitischen, austenitischen und Duplex-Stähle angewandt werden, wodurch das Material bisher nie dagewesene Werte hinsichtlich Verschleiß-, Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit erreicht.

Erhöhung der Härte bei niedrigeren Temperaturen

Basierend auf mehr als 40 Jahren Erfahrung hat IONITECH LTD einen Plasma-Nitrierungs-/Sursulf-Ofen entwickelt, der im gesamten Arbeitsbereich eine hervorragend gleichmäßige Temperatur erreicht. „Der neue Plasma-Nitrierungsofen eliminiert außerdem die Möglichkeit des „Hohlkathodeneffekts“. Diese lokale Überhitzung kann zu Temperaturen führen, die über denjenigen liegen, die für das PLASSTEEL-Verfahren benötigt werden, was wiederum zur Ausfällung von Chromcarbid und Chromnitrid an den Korngrenzen des Stahls führt. Diese Bereiche haben eine stärkere Oberflächenhärte, sind aber zugleich anfällig für interkristalline Korrosion“, so der führende Forschungs- und Entwicklungsexperte Alexander Varhoshkov.

Das PLASSTEEL-Verfahren basiert auf Plasmatechnologie und besteht aus einem Lösungsnitrierungs- und Sursulfprozess bei Temperaturen unter 500° C, bei dem die Oberflächenschicht eines Werkstücks mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert wird. Das kohlenstoffhaltige Gas, das beim Sursulfen hinzugefügt wird, kann Methan, Propan oder Erdgas sein. Sein Anteil in der Gasmischung liegt zwischen 2 und 10 %. Der Aufbereitungsschritt kann einige Minuten oder auch bis zu 20 Stunden dauern, abhängig vom Material des Werkstücks und den Anforderungen bezüglich der Schichttiefe.

Während des gesamten Projekts wurden mehrere Arten von Edelstahl verarbeitet und getestet. In Abhängigkeit vom Anteil der Legierungsbestandteile in diesen Stählen und weiteren Eigenschaften gab es leichte Abweichungen bei den Ergebnissen. „Einige der Legierungsbestandteile haben die Diffusion der Kohlenstoffatome schwieriger und langsamer gemacht, was zu kleinen Unterschieden in der Diffusionsschicht und Oberflächenhärte geführt hat. Dennoch war in jedem Fall das Ziel, die Verschleißeigenschaften aller Arten von Edelstählen zu verbessern und dabei ihre Korrosionseigenschaften beizubehalten“, sagt Dr. Varhoshkov.

Ein Verfahren so echt wie Stahl

Die meisten Techniken zur Oberflächenhärtung verringern die ursprüngliche Korrosionsbeständigkeit von Edelstählen. Das fortschrittliche Verfahren von IONITECH und sein Plasma-Nitrierungsofen zeigen, dass dies nicht länger der Normalfall sein muss. „Dieses Manko wird von dem herausragenden Plasma-Nitrierungsofen, der eine präzise Kontrolle der Materialeigenschaften ermöglicht, erfolgreich umschifft“, so Dr. Varhoshkov weiter.

Das Arbeiten bei niedrigen Temperaturen bietet ein valides Mittel zur Auflösung von Stickstoff oder Kohlenstoff in Edelstahl, ohne dass dabei Chromnitride oder -carbide entstehen. Den Projektpartnern ist es nicht nur gelungen, die Oberflächenhärte der Teile um ein Vierfaches zu erhöhen, sondern auch den Haft- und Abriebsverschleiß sowie die tribologischen Eigenschaften des Metalls zu verbessern.

Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit der Edelstahlindustrie in der EU steigern, sondern auch die Qualitäts- und Sicherheitsprofile ihrer Edelstahlprodukte verbessern.

Schlüsselwörter

PLASSTEEL, Edelstahl, Oberflächenhärtung, Korrosionsbeständigkeit, Sursulfen, IONITECH
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