Controlled Carbonitriding and Simulation of Carbonitriding Process Translated title: Geregeltes Carbonitrieren und Simulation von Carbonitrierbehandlungen

Abstract

Carbonitriding serves to improve the properties of steel components. The carbon and nitrogen content and the microstructure comprising martensite, retained austenite, and finely distributed nitrides and carbides are significant parameters determining the properties of a component. Our present knowledge posits that these multi-phase microstructures represent optimal material conditions. The reliability of a process is strongly dependent on the process control. Previous studies examined the use of ammonia sensors in the exhaust gas to determine atmospheric nitrogen potemtial. Such measurements were used to establish the equilibrium ratios in the austenite. Phase diagrams were also found for corresponding alloy systems in order to determine maximum solubilities and precipitation in the presence of interacting carbon and nitrogen content. To further improve the reliability of carbonitriding, this final project discusses the simulation of carbon and nitrogen profiles and the precipitation state of carbides and nitrides in order to develop further controlled carbonitriding towards ensuring the reliable results of heat treatment processes.

Kurzfassung

Das Carbonitrieren dient der Verbesserung der Eigenschaften von Stahlbauteilen. Dabei bedingen die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte sowie die Mikrostruktur aus Martensit, Restaustenit und fein verteilten Nitriden und Carbiden maßgeblich die erzielten Eigenschaften. Diese mehrphasigen Gefüge stellen nach derzeitigem Kenntnisstand einen optimalen Werkstoffzustand dar. Der prozesssichere Einsatz des Verfahrens hängt stark von den Regelmöglichkeiten ab. Gegenstand vorangegangener Untersuchungen war die Messung des Stickstoffpegels der Atmosphäre mittels eines Ammoniaksensors im Abgas. Daraus wurden Aussagen über die Gleichgewichtsgehalte im Austenit getroffen. Daneben wurden für die entsprechenden Legierungssysteme Phasendiagramme zur Ermittlung von maximalen Löslichkeiten und der Ausscheidungsbildung unter gegenseitiger Beeinflussung von Kohlenstoff und Stickstoff erstellt. Um die Prozesssicherheit des Carbonitrierens weiter zu verbessern, wird in dieser abschließenden Arbeit die Simulation der Kohlenstoff- und Stickstoffprofile sowie des Ausscheidungszustands von Carbiden und Nitriden vorgestellt, um das geregelte Carbonitrieren zur prozesssicheren Einstellung des Wärmebehandlungsergebnisses weiterzuentwickeln.