In Kombination mit Keramik wird Stahl belastbarer

Bei plastischer Formgebung wird poröses ZrO₂ mit Stahl infiltriert

Bei der plastischen Formgebung – einem Verfahren der Keramikindustrie – wird dagegen das Pulvergemisch unter Zugabe von Wasser und organischen Zusatzstoffen zu einer plastischen, formbaren Masse verarbeitet. Diese Masse wird durch Strangextrusion zu Halbzeugen gepresst, die filigran (zum Beispiel Wabenkörper und Hohlspaghetti) oder kompakt (Vollzylinder) sein können. Durch anschließendes Trocknen, Entbindern und Sintern erhalten die Halbzeuge ihre endgültige Festigkeit.

Bei dieser Fertigungsroute werden poröse keramische Makrostrukturen mit schmelzflüssigen TRIP-Stählen infiltriert. Die keramischen Makrostrukturen werden pulvermetallurgisch (Spaghettibündel und geflechtete Wabenkörper) oder durch Imprägnieren und Beschichten von Polyurethanschäumen (keramische Schaumkörper) hergestellt. Die Eigenschaften der über beide Fertigungsrouten hergestellten Verbundwerkstoffe lassen sich anhand verschiedener Faktoren charakterisieren: anhand der Mikrostruktur, der Grenzflächenausbildung zwischen den beiden Komponenten, der mechanischen Kennwerte in statischen und dynamischen Belastungssituationen sowie bei unterschiedlicher Belastungsgeschwindigkeit.

Festigkeits-Dehnungs-Verhalten der Legierungen stark variierbar

Die Arbeiten im Bereich der Stahlentwicklung wurden darauf ausgerichtet, austenitische CrMnNi-Stahlgusslegierungen mit TRIP-Effekt als Matrixwerkstoff für Stahl-Keramik-Composites zu entwickeln. Sie umfassen die Erschmelzung, die Legierungsbildung, die anschließende Wärmebehandlung und die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften im Zug- oder Druckversuch in einem weiten Temperaturbereich. Ferner wurden grundlegende Untersuchungen zur quantitativen Erfassung des TRIP-Effekts und zur Entwicklung eines Modells für dessen Vorhersage durchgeführt.

Insgesamt wurden 15 Legierungen mit konstantem Cr-Gehalt (16 %) bei Variation des Ni-Gehalts (3, 6 und 9 %) und des Mn-Gehalts (0, 7 und 14 %) untersucht. Bild 3 zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurven bei Raumtemperatur der für die weiterführenden Forschungsarbeiten im Rahmen des SFB 799 als Basisstähle ausgewählten Legierungen – mit 16 % Cr, 7 % Mn, 3 % Ni (16-7-3), mit 16 % Cr, 7 % Mn, 6 % Ni (16-7-6) und mit 16 % Cr, 7 % Mn, 9 % Ni (16-7-9). Diese Legierungen weisen bezüglich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens ein Profil aus hoher Festigkeit und geringer Dehnung, mittlerer Festigkeit und Dehnung oder geringer Festigkeit und hoher Dehnung auf.

Neue Legierungen zeigen im Guss- und Walzzustand ähnliches Spannungs-Dehnungs-Verhalten

Die Untersuchungen in [4] zeigen, dass die neu entwickelten Legierungen im Guss- und Walzzustand ein ähnliches Spannungs-Dehnungs-Verhalten aufweisen. Nur im Bereich geringer Dehnungen (bis 1 %) zeigen zum Beispiel die Stähle 16-7-6 und der 16-7-9 im Walzzustand eine ausgeprägte obere Streckgrenze im Gegensatz zu einer herkömmlichen Dehngrenze, wie sie für derartige, hoch legierte Stähle üblich ist. Auch unter Druckbeanspruchung ist für die Legierungen im Guss- und Walzzustand ein ähnliches Verhalten charakteristisch.

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