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Niedertemperatur-Plasmanitrieren zur Optimierung der Tribokorrosionseigenschaften nichtrostender Stähle für die Anwendung als Wälzlager

 
: Hahn, Isabel; Siebert, Sabine; Theisen, Werner; Paschke, Hanno

Gesellschaft für Tribologie -GfT-:
Reibung, Schmierung und Verschleiß. Forschung und praktische Anwendungen : 60. Tribologie-Fachtagung 2019, 23. September bis 25. September 2019, Göttingen
Aachen: GfT, 2019
ISBN: 978-3-9817451-4-6
9 S.
Tribologie-Fachtagung <60, 2019, Göttingen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IST ()

Abstract
Für die Anwendung als dichtungsfreie, mediengeschmierte Wälzlager müssen neuartige Werkstoffkonzepte entwickelt werden, da die Wälzlagerstähle hierbei einer kombinierten Belastung aus Verschleiß und Korrosion ausgesetzt sind. In dieser Studie wurde der stickstofflegierte martensitische Stahl X30CrMoN15-1 und der stickstofflegierte austenitische Cr-Mn-Stahl CNO,96 einer Randschichtbehandlung mittels Niedertemperatur-Plasmanitrieren zur Erzeungung von expanded martensite bzw. expanded austenite unterzogen. Die Behandlung wurde bei zwei verschiedenen Temperaturen unterhalb von 400°C für eine Behandlungszeit von 16 h durchgeführt. Bei dem X30CrMoN15-1 konnte eine Randschichtdicke von ca 10µm erzielt werden, wohingegen beim CN0,96 eine Randschichtendicke von 4µm erreicht wurde. Der zwangsgelöste Stickstoff bewirkt eine starke Gitterverzerrung, sodass bei beiden Stählen die Härte im Randbereich deutlich gesteigert werden konnte (≥1000 HV). Korrosionsmessungen in 0,9%iger NaCl-Lösung ergaben, dass der randschichtbehandelte Zustand dem jeweiligen Ausgangszustand der Stähle (sekundärgehärtet bzw. lösungsgeglüht) unterlegen ist. Vermutlich steht dies im Zusammenhang mit den in der Randschicht herrschenden Eigenspannungen. Verschleißuntersuchungen im Trockenlauf und bei Medienschmierung (0,9%ige NaCl-Lösung) zeigten, dass für den X30CrMoN15-1 der Verschleißabtrag durch den erzeugten expanded martensite reduziert werden konnte.

 

Novel material concepts have to be developed for use as seal-free, media-lubricated roller bearings since the rolling bearing steels are subject to a combined load of wear and corrosion. In this study, the nitrogen-alloyed martensitic steel X30CrMoN15-1 and the nitrogen-alloyed austenitic Cr-Mn steel CN0.96 were subjected to surface treatment by means of low-temperature plasma nitriding to produce expanded martensite/austenite. The treatment was carried out at two different temperatures below 400°C for a treatment time of 16 h. For the X30CrMoN15-1 a case depth of approx. 10 µm could be achieved, whereas for the CNO.96 a case depth of 4 µm was achieved. The high amount of dissolved nitrogen causes a strong lattice distortion, so that in both steels the hardness in the surface area could be increased significantly (≥1000 HV). Corrosion measurements in 0.9% NaCl solution showed that the surface-treated state is inferior to the respective initial state of the steels (secondary hardened/solution-annealed). Presumably, this is related to the residual stresses in the case. Wear tests in dry running and media lubrication (0.9% NaCl solution) as well showed that the wear rate due to the expanded martensite was reduced for the X30CrMoN15-1.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-577900.html