"Lebensmittelgeeigneter" Edelstahl 20x23n18

Er wird aus einer feuerfesten Legierung hergestellt. Seine Eigenschaften hängen, wie die anderer hitzebeständiger Stähle, eng mit der Korngröße zusammen. Die Korngröße bestimmt die elektrochemischen Prozesse, die in den Korngrenzen stattfinden, und die Verteilung der Verunreinigungen um den Kristall herum. Die Ansammlung von Verunreinigungen in den Randvolumina schwächt die feuerfesten Bindungen zwischen den Kristallen bei hohen Temperaturen und kann zu Festigkeitsverlusten führen.

Einfluss der Korngröße auf die Kriechfestigkeit

Am Beispiel des Stahls 12x18n10t wurde festgestellt, dass eine grobkörnige Legierung eine höhere Kriechbeständigkeit aufweist als eine warmgewalzte Legierung mit feinen Körnern. Bei hohen Temperaturen beginnen die Legierungen zu rekristallisieren. Wenn es sich um grobkörnige Legierungen handelt, ist die Steigung der Linien im Doppeldiagramm nicht sehr steil, was eine bessere Kriechbeständigkeit widerspiegelt. Die gleichen Ergebnisse wurden bei der Prüfung von Chrom-Nickel-Stahl 20x23n18 mit groben Körnern erzielt, der eine höhere Festigkeit, aber eine geringere Duktilität aufweist.

Einfluss der Korngröße auf die Festigkeit

Bei reduzierten Temperaturen und bei Raumtemperatur weisen Legierungen mit feinen Körnern sehr hohe Festigkeitseigenschaften auf. Bei höheren Temperaturen weisen grobkörnige Legierungen eine bessere Festigkeit auf, haben aber keine ausreichende Duktilität. Dies gilt für Legierungen mit austenitischem und ferritischem Gefüge.

Einfluss von Fremdlegierungen in den Grenzbereichen

Der Mechanismus der Wechselwirkung von feuerfesten Verunreinigungen ist nicht genau bekannt, aber es wurde festgestellt, dass Legierungen mit einem Mindestanteil von S, Pb, Bi, Sn, Sb geringere feuerfeste Eigenschaften aufweisen. Das Vorhandensein von zehntausendstel Blei in einer Nickel-Chrom-Titan-Legierung 75-20-2,5 Ti mit 0,7 % Al verringert die Hitzebeständigkeit der Legierung erheblich. Die feuerfesten Körner kristallisieren bei der Erstarrung der Legierungen zuerst aus und die niedrigschmelzenden Verunreinigungen, die sich nicht auflösen, sammeln sich in den Grenzzonen an. Sie haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Gusslegierungen. Bei Knetlegierungen kann die Abschwächung der Festigkeit bei höheren Temperaturen durch niedrigschmelzende Verunreinigungen sogar noch größer sein. Nicht alle Verunreinigungen wirken sich nachteilig auf die Wärmebeständigkeit aus. Es gibt eine Gruppe von Elementen (Wolfram, Molybdän, Niob, Bor), deren Zusatz zu Legierungen die Festigkeit der Grenzschichten erhöht. Zu berücksichtigen sind auch mögliche Konzentrationsänderungen von Legierungselementen in der Grenzschicht nach der Diffusion oder die Bildung neuer Phasen, die zu einem Verlust der Wärmebeständigkeit und einer Verringerung der Duktilität der Legierungen führen. Der Unterschied in der Korngröße von Stahl 12x18n10t wirkt sich auf die Prozesse der Chromkarbidausscheidung an den Korngrenzen und die Neigung des Stahls zu interkristalliner Korrosion aus.

Andere Legierungen weisen ähnliche Schwankungen in der Konzentration von Mischkristallen an den Korngrenzen auf. Dies zeigt sich in der unterschiedlichen Ätzbarkeit der Körner nach der Homogenisierung der Legierungen bei hoher Temperatur und der anschließenden Erwärmung im Betriebstemperaturbereich.

Dispersionshärtung

Dieser Prozess steht in direktem Zusammenhang mit der Bildung von Karbid- und Intermetallidphasen in feuerfesten Legierungen und ist korngrößenabhängig. Hochtemperaturgehärtete austenitische Legierungen mit einem grobkörnigen Gefüge zeigen diesen Prozess deutlich. Die Dispersionshärtung ist unter der kombinierten Wirkung von Spannung und Temperatur sehr intensiv, viel besser als unter der Wirkung der Temperatur allein. Die kritische Menge an Verunreinigungen, die den Schmelzpunkt senken, beschleunigt den Bruch von hitzebeständigen Werkstoffen.

Feinheit des Materials

Die Hitzebeständigkeit hochlegierter feuerfester Legierungen wird durch mehrkörnige Werkstoffe, in denen Kristalle mit feinen und groben Körnern gleichzeitig in der Probe vorhanden sind, stark beeinträchtigt. Eine solche Mischung kann bei Produkten auftreten, die einer Heißdruckbehandlung unterzogen werden, wenn die feuerfesten Legierungen kritischen Verformungsgraden ausgesetzt werden. Ein grobkörniges Gefüge bildet sich dort, wo eine plastische Verformung schwierig ist - beim Schmieden hitzebeständiger Legierungen und wenn die Legierungen während der Verformung ungleichmäßig abgekühlt werden. Legierungen mit gleichem Gefüge haben eine höhere Wärmebeständigkeit als Legierungen, die ein anderes Korngefüge aufweisen. Für ZI 437 bei 700 °C mit einem homogenen Gefüge und a=36 ^kG/mm2 beträgt die Dauer der Belastung bis zum Bruch = 72 Stunden. Die meisten Legierungen brechen nicht vor 150-200 Stunden. Bei einem heterogenen Gefüge brechen die Legierungen innerhalb von 6-30 Stunden. Durch die genaue Einhaltung des Stanzregimes kann das Auftreten von Heterogenität in den Teilen verhindert werden. Multigranularität führt zu instabilen Eigenschaften und geringerer Hitzebeständigkeit.

Stanzen

Die meisten Legierungen weisen innerhalb der Korngrenzen kleine Grübchen auf. Im Grobkornbereich treten am häufigsten Drahtbrüche auf. Die Untersuchung der Legierungen hat gezeigt, dass Lochfraß lange vor dem Versagen der Legierungen auftritt. Nach dem Auftreten der ersten Brüche verringert sich die Lebensfähigkeit des Werkstoffs erheblich, sobald die Temperatur 700-800 ºC und die Spannung 36/15 ^kG/mm2 erreicht. Anfänglich kommt es zu einem oberflächlichen Bruch, und mit zunehmender Prüfdauer nehmen Anzahl und Tiefe der Brüche allmählich zu. Am Vorabend des Versagens kommt es zu Rissen im Inneren des Materials, die an der Oberfläche nicht sichtbar sind. Die meisten Risse befinden sich in der Nähe der Bruchstelle. Im Allgemeinen fällt die Bruchstelle nicht mit den ersten Rissen zusammen.

Feinkörniges Metall

Während mehrkörnige Legierungen unter Belastung bei hohen Temperaturen versagen, dehnen sich feinkörnige Legierungen unter dieser Belastung leicht aus. Folglich reißt grobkörniges und wenig duktiles Material an den Korngrenzen. Aus diesem Grund gelten Produkte mit einem homogenen Gefüge als haltbarer.

Gasförmiges Medium

Es wurde angenommen, dass die Rissbildung in der Legierung auf die Einwirkung des Gasmediums zurückzuführen ist. Um dies zu prüfen, wurde eine 10 µm dicke Nickelschicht auf die Oberfläche aufgebracht. Die Vernickelung der Proben erfolgte durch galvanische Abscheidung. Bei der Prüfung wurde festgestellt, dass sich die Nickelrisse nicht von denen der Proben unterschieden, die nicht mit Nickel geschützt waren.

Verarbeitungsmerkmale

Die Legierungen werden stark von der Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst, was durch Tests bestätigt wurde. Die Kerbbildung tritt aufgrund lokaler Spannungskonzentrationen, die auf die Legierungen einwirken, früher auf. Das Makro- und das Mikrogefüge werden durch die Verformungskräfte gebildet, die während der Warmumformung auf die Legierung einwirken. Die Überhitzung von Schmiedestücken für Turbinenscheiben auf über 1160 °C beim Stahl EI481 und auf über 1170 °C beim Stahl EI4376 führte zu einer Verringerung der Hitzebeständigkeit. In beiden Fällen verursacht die Überhitzung eine Gefügevergrößerung sowie eine intergranulare Oxidation, die unter dem Mikroskop schwer zu erkennen ist. Eine Überhitzung bei der Wärmebehandlung von komplex legierten feuerfesten Legierungen hat die gleichen negativen Auswirkungen. Daher muss das Temperaturregime bei der Herstellung streng eingehalten werden.

Bei der Warmarbeit unter Druck verfeinert die Legierung ihr Gefüge. Warmgewalzte und warmgepresste Legierungen weisen ein feinkörniges Gefüge und einen Spannungszustand auf. Wenn Legierungen gealtert werden, erreichen sie bei unterschiedlichen Temperaturen hohe mechanische Eigenschaften, bei sehr hohen Temperaturen haben solche Legierungen jedoch eine geringe Festigkeit. Dieser Effekt wird genutzt, um Legierungen mit höheren mechanischen Eigenschaften bei moderaten Temperaturen herzustellen. Dies kann als thermomechanische Behandlung bezeichnet werden.

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