Nitriding response of ferritic Fe-Ti-Cr alloys* Translated title: Nitrierverhalten ferritischer Fe-Ti-Cr-Legierungen

Abstract

Specimens of ferritic iron-based Fe-Ti-Cr alloys, containing a total of 0.30 at.% alloying elements, Ti and Cr with varying Ti/Cr atomic ratio (0.45, 0.87 and 1.90), were nitrided in a NH ₃/H ₂ gas atmosphere at 580 °C. The microstructure of the nitrided zone was investigated by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Nitride platelets (length ≤ 30 nm and thickness ≤ 1 nm) developed in the nitrided zone. Particularly clear for the larger Ti/Cr atomic ratios, a tetragonally distorted ferrite develops next to the cubic ferrite, as evidenced both by XRD and TEM. The absence of separate TiN and CrN diffraction spots in the selected area electron diffraction patterns suggests the development of mixed Ti _xCr _1-xN nitride precipitates. The mixed Ti _xCr _1-xN nitride precipitates are of rock-salt crystal structure type and obey a Bain orientation relationship with the ferrite matrix.

Kurzfassung

Ferritische Fe-Ti-Cr-Legierungen, welche insgesamt 0,3 at.% der Legierungselemente Ti und Cr enthielten, jedoch mit unterschiedlichen atomaren Ti/Cr-Verhältnissen (0,45; 0,87 und 1,90), wurden in einer NH ₃/H ₂-Gasatmosphäre bei 580 °C nitriert. Die Mikrostruktur der nitrierten Zone wurde mit Röntgenbeugung und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Plättchenförmige Nitride (Länge ≤ 30 nm und Dicke ≤ 1 nm) bildeten sich in der nitrierten Zone. Besonders deutlich bei den größeren atomaren Ti/Cr-Verhältnissen wurde die kubische Ferritmatrix teilweise tetragonal verzerrt, wie mit Röntgen- und Elektronenbeugung (TEM) nachgewiesen wurde. Das Fehlen separater TiN- und CrN- Beugungsreflexe in den Feinbereichsbeugungsbildern lässt auf die Bildung von gemischten Ti _xCr _1-xN-Nitridausscheidungen schließen. Diese haben eine kubische Kristallstruktur vom NaCl-Typ und eine Bain'sche Orientierungsbeziehung zur ferritischen Matrix.