Herstellung von gegossenen Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen mit TRIP-Effekt

In der vorliegenden Arbeit wurde das Infiltrationsverhalten hochlegierter CrMnNi- und CrNi-Stahllegierungen auf losen keramischen Haufwerken aus Aluminiumoxid, Schmelzmullit und Zirkonmullit sowie auf MgO-teilstabilisierten Zirkonoxidschäumen untersucht. Zur Erhöhung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf industrielle Anwendungen erfolgten die Gießversuche im Schwerkraftgussverfahren ohne Schutzgasatmosphäre und wurden durch Simulationen begleitetet. Des Weiteren erfolgte die Beschreibung der Infiltration flüssiger Stahlschmelzen zwischen keramischen Partikeln erstmals durch die Adaption der Bolzenprobe nach Ellerbrok für Stahlguss. Die thermophysikalischen Parameter der Schmelze (Oberflächenspannung, Viskosität und Benetzungswinkel) wurden durch Zugaben an Schwefel, Phosphor sowie durch Beschichtungen der Keramiken mit Titandioxid variiert. Die ermittelten dynamischen Benetzungswinkel zwischen Stahl und Keramik sind deutlich geringer als die unter Inertgasatmosphäre gemessenen stetigen Benetzungswinkel aus der Literatur. Die erzeugten Verbundwerkstoffe weisen eine deutlich reduzierte Dichte im Vergleich zum Matrixmetall auf. Ferner zeigen sowohl die Legierungen als auch die Verbundwerkstoffe sehr gute Verschleißwiderstände im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen gegenüber Dreikörper-Abrasivverschleiß am Klotz/Ring-Versuchsstand. Durch den TRIP-Effekt sind die Legierungen in der Lage martensitisch an der Verschleißfront umzuwandeln, während im Inneren metastabiler Austenit für weitere Verformungen vorliegt.
Zusammen mit der Literaturübersicht verschiedener Herstellungsarten von Verbundwerkstoffen können die Methoden und Ergebnisse dieser Arbeit für die Entwicklung weiterer gegossener Verbundwerkstoffe und die Untersuchung der Grenzflächen zwischen Verstärkungsphasen und Matrixmetall genutzt werden.