Influence of Environment, Temperature and Chemical Composition on the Microstructural Deterioration of CrNi Steels during Friction

摘要

Austenitische rostfreie Stähle werden als Standardwerkstoffe in der Kryotechnik eingesetzt. In tiefkalten Medien verfügen diese Stähle noch über eine gute mechanische Festigkeit mit ausreichender Duktilität. Hohe mechanische Belastungen bei extrem tiefen Temperaturen können jedoch zur martensitischen Umwandlung führen. Der Martensit verursacht ein sprödes Versagen von in tiefkalten Medien eingesetzten Bauteilen und stört den Supraleitungseffekt infolge seines ferromagnetischen Verhaltens. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses von der Temperatur, der Umgebung und der Belastung auf die martensitische Umwandlung und die Werkstoffschädigung von drei austenitischen CrNi Stähle. Untersuchungen mittels Röntgendiffraktion und Mikroskopie wurden an Proben, die bei Raumtemperatur und verschiedenen Luftfeuchten, bei 77 K im füssigem Stickstoff, bei 20 K im flüssigen Wasserstoff und 4.2 K im flüssigen Hellium verschlissen wurden, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die martensitische Umwandlung in CrNi Stähle während Reibungsvorgänge durch eine leichte Erhöhung des Ni-Gehaltes unterdrücken lässt. Mit sinkender Temperatur verändern sich die Verformungsmechanismen und damit wird eine Versprödung hervorgerufen. Im flüssigen Wasserstoff ist eine besondere starke Versprödung nachzuweisen.%Austenitic stainless steels are materials commonly used in cryo-technology. At extremely low temperatures these steels still exhibit good mechanical properties along with sufficient ductility. However high mechanical loads combined with low temperatures may induce martensitic transfomation. Martensite leads to brittle failure of machine components, which operate at cryogenic temperatures, and disturbs the superconductive effect due to its ferro-magnetism. The aim of the present work was the investigation of the influence of temperature, environment and loading parameters on the martensitic transformation and the microstructural deterioration of three austenitic CrNi steels. X-ray diffraction and microscopy studies were carried out on samples worn at room temperature in air with different humidities, at 77 K in LN_2, at 20 K in LH_2 and at 4.2 K in LHe. Results show that martensitic transformation in FeCrNi alloys during friction can be supressed by a slightly increased Ni-content. A decrease of temperature causes changes in the deformation mechanisms and results in embrittlement. In liquid hydrogen a marked deterioration of the microstructure was observed.