Titel:
FineSteel: Entwicklung eines neuartigen korngefeinten Stahls mittels chemisch-metallurgischer Kornfeinung von austenitisch erstarrenden Stahlgusslegierungen
Projektverantwortliche:
Prof. Dr.-Ing. G. Wolf, Dr.-Ing. C. Dommaschk, Dipl.-Ing. F. Mrugalla
Beschreibung:
Die Art der Kristallisation der Schmelze während der Erstarrung hat bei der Herstellung von Gussteilen einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der produzierten Teile. So haben feinkörnig erstarrte Gussteile in der Regel eine bessere Oberflächenqualität, besitzen eine bessere Korrosionsbeständigkeit und verfügen über bessere mechanische Eigenschaften. Zusätzlich ist eine feinkörnig erstarrende Schmelze weniger anfällig für die Bildung von Lunkern und Porositäten.
Im Projekt FineSteel soll mittels der Zugabe von Kornfeinungsmitteln eine feinkörnige Erstarrung in Stahlschmelzen herbeigeführt werden. Diese Kornfeinungsmittel sollen kleine Substratpartikel in der Schmelze erzeugen, die als zusätzliche Kristallisationsorte für die Schmelze dienen. Einige Grundvoraussetzungen an gute Keimbildungssubstrate sind beispielsweise, dass sie bereits vor Beginn der Erstarrung der Schmelze in festem Zustand vorliegen, damit sie schon kurz nach Erreichen der Liquidustemperatur als Keimbildungsorte dienen können. Außerdem sollten sie fein verteilt in der Schmelze vorliegen und nicht zur Agglomeration neigen. Liegen sie in größeren Mengen konzentriert im erstarrten Gussteil vor, können sie eine Kerbwirkung verursachen. Außerdem sollten sie eine ähnliche Dichte wie die Schmelze besitzen, damit es nicht zum Auftreiben oder Absinken kommt.
Der Einfluss einer Kornfeinungsmittelbehandlung ist in Abbildung 1 zu erkennen. Anders als bei der ungefeinten Probe (links), bei der die an der Tiegelwand entstandenen Dendriten teilweise bis in die Mitte der Probe reichen, führten die eingebrachten Substratpartikel dazu, dass auch vor der Erstarrungsfront günstige Kristallisationsbedingungen geschaffen wurden und eine feinkörnige globulitische Erstarrung erzeugt wurde.
Einige Kornfeinungsmittel haben das Problem, dass sich die erzeugten Substratpartikel bereits nach kurzer Zeit bspw. in der Schlacke oder an der Tiegelwand absetzen und so ihre kornfeinende Wirkung verloren geht, was als Abklingeffekt bezeichnet wird. Um diesen Abklingeffekt möglichst gering zu halten, ist es von Vorteil, die Mittel so spät wie möglich zuzugeben. Erfolgen kann dies z.B. durch die Zugabe der Kornfeinungsmittel in den Gießstrahl oder in der Form.
Die mit cerhaltigem Kornfeinungsmittel behandelte Probe aus Abbildung 1 (rechts) wurde nach Anfertigung der Schliffbildaufnahmen unter dem REM untersucht. Hierbei konnten über den Probenquerschnitt fein verteilt die erzeugten cerhaltigen Substratpartikel gefunden werden (Abbildung 2).
Abbildung 1 Schliffbilder zweier 15 mm -Rundproben einer 1.6760 Legierung; links: Vollständig stängelkristalline Erstarrung (ohne Kornfeinungsmittelzugabe); rechts: Vollständig globulitische Erstarrung (Zugabe von cerhaltigem Kornfeinungsmittel)