Alternative Legierungskonzepte für Warmarbeitsstähle – Substitution von Karbiden durch intermetallische Phasen

Warmarbeitsstähle enthalten einen hohen Anteil karbidbildender Legierungselemente, die zu den ressourcenkritischen Rohstoffen zählen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Legierungskonzeptes, bei dem ein Teil der karbidbildenden Elemente durch intermetallische Phasen auf Basis leichter verfügbarer Rohstoffe substituiert wird.
Geeignete intermetallische Ausscheidungen wurden auf Grundlage ihrer chemischen Zusammensetzung, Phasenstabilität und benötigten Legierungsgehalte ausgewählt. Entsprechende Legierungskonzepte wurden umgesetzt und hinsichtlich erreichbarer Eigenschaften sowie notwendiger Legierungsgehalte optimiert. Das Eigenschaftsprofil gängiger Warmarbeitsstähle wurde in Bezug auf die Härtbarkeit, Zähigkeit, Warmfestigkeit, Warmhärte und Wärmeleitfähigkeit erreicht. Gegenüber dem Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 konnten die Anlassbeständigkeit und Beständigkeit bei thermischer Langzeitbeanspruchung deutlich gesteigert werden.
Mit der Ausscheidung intermetallischer β-NiAl Phasen wurde der Anteil karbidbildender Elemente im Vergleich zum Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 um bis zu 68 % verringert. Gleichzeitig konnten die Kosten für den Legierungszuschlag reduziert werden.