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      In-situ-Untersuchung von Randschichten während des Gasnitrierens mittels Röntgendiffraktometrie und photothermischer Radiometrie* Translated title: In-situ Investigation of Surface Layers during Gaseous Nitriding by means of XRD and Photothermal Radiometry

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          Abstract

          The aim of most applications of nitriding treatments at steel components is to obtain a compact compound layer and/or a deep diffusion layer. The possibility of a survey of the nitriding treatment by analyzing directly the component´s surface state during the nitriding process is particularly interesting, since it allows a process monitoring and control based on the actual nitriding result. In the present study, two measurement methods were developed and combined with the aim of direct surface state analysis during a nitriding treatment: the in-situ X-ray diffraction method and the photothermal radiometry. An experimental setup including a miniature nitriding furnace was developed in order to allow the combined application of both methods during a nitriding process under controlled atmosphere. In the present work, results of combined in-situ measurements on the steel AISI 4140 regarding the nitride layer formation during nitriding process as well as the nitride layer change during the following denitriding of the layer in nitrogen gas are presented and discussed. The investigations show that the photothermal radiometry is sensitive to the changing surface properties due to growing compound layers and when porous layers are generated. This method has a high potential for implementation in industrial nitriding furnaces, but for this, further development for quantitative evaluations of the measurements will be required.

          Kurzfassung

          Das Ziel vieler Anwendungsfälle des Gasnitrierens von Stahlbauteilen besteht darin, eine kompakte Verbindungsschicht und/oder eine tiefe Diffusionsschicht zu erhalten. Die Möglichkeit einer Überwachung der Nitrierbehandlung durch eine direkte Analyse des Randschichtzustands eines Werkstücks während der Nitrierbehandlung ist besonders interessant, weil es eine Prozessüberwachung und -kontrolle auf Basis des aktuellen Nitrierergebnisses erlaubt. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Messtechniken mit dem Ziel einer unmittelbaren Randschichtanalyse während des Nitrierens entwickelt und miteinander kombiniert: die In-situ-Röntgendiffraktometrie und die photothermische Radiometrie. Eine Versuchsanlage einschließlich eines miniaturisierten Nitrierofens wurde entwickelt, um den kombinierten Einsatz der beiden Messverfahren während eines Nitrierprozesses unter kontrollierter Atmosphäre zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse der kombinierten In-situ-Messungen am Werkstoff 42CrMo4 hinsichtlich der Nitridschichtentwicklung während des Nitrierprozesses sowie der Schichtumwandlung beim anschließenden Denitrieren in Stickstoffgas präsentiert und erläutert. Die Untersuchungen zeigen, dass die photothermische Radiometrie empfindlich auf die Veränderung der Randschichteigenschaften aufgrund des Verbindungsschichtwachstums sowie auf die Entstehung von Porenschichten reagiert. Diese Methode bietet ein hohes Potenzial für die Anwendung am industriellen Nitrierofen. Dafür sind aber weitere Entwicklungen der quantitativen Auswertungen von Messdaten erforderlich.

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          Thermal wave interferometry: a potential application of the photoacoustic effect.

          The Rosencwaig-Gersho equation for the photoacoustic signal is recast in a manner that emphasizes the crucial role thermal wave interference plays in the production of the photoacoustic signal. This formalism is then used to suggest a technique for extracting thermal information from the structure in the photoacoustic signal resulting from thermal wave interference. Experimental measurements illustrating this technique are presented.
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            The Fe-N (Iron-Nitrogen) system

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              Development and relaxation of stress in surface layers; Composition and residual stress profiles in γ′-Fe4N1−x layers on α-Fe substrates

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                Author and article information

                Journal
                htme
                HTM Journal of Heat Treatment and Materials
                Carl Hanser Verlag
                1867-2493
                2194-1831
                16 March 2017
                : 72
                : 3
                : 154-167
                Affiliations
                1 Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT), Bremen, und MAPEX Center for Materials and Processes, Universität Bremen
                2 Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ), Universität Bremen
                Author notes
                [*]

                Vortrag von Juan Dong und Helmut Prekel auf dem HK 2016, dem 72. HärtereiKongress, 26.–28. Oktober 2016 in Köln.

                3 dong@ 123456iwt-bremen.de (Kontakt/Corresponding author)
                Article
                HT110322
                10.3139/105.110322
                © 2017, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 29, Pages: 14
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
                Categories
                Fachbeiträge/Technical Contributions

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