Zusammenfassung

Schichtverbunde finden im zunehmenden Maße dort Anwendung, wo durch die maßgeschneiderte Kombination von Werkstoffeigenschaften deutliche funktionale und/oder ökonomische Vorteile gegenüber einem homogenen Material erwartet werden können. Von der Erkennung eines potenziellen neuen Anwendungsgebietes für einen neuen Werkstoffverbund über die Werkstoff- und Prozessentwicklung bis hin zur Anwendung ist ein langwieriger Entwicklungsprozess erforderlich, welcher sich über mehrere Jahre erstrecken kann.

Diese Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über die Werkstoffentwicklung eines kaltwalzplattierten Schichtverbundes, bestehend aus Reintitan (Grade 1) und einem hochlegierten Stahl (1.4404). Die untersuchte Werkstoffkombination bietet durch den verwendeten austenitischen Werkstoff sehr gute Festigkeits- und Umformeigenschaften bei einer durch den beteiligten Titanwerkstoff mitgebrachten hervorragenden Korrosionsbeständigkeit. Die Schwerpunkte der Untersuchungen dieses Schichtverbundes liegen in den Bereichen Diffusionsverhalten und Zwischen-schichtbildung, mechanische Eigenschaften, Haftungseigenschaften und Korrosionseigenschaften sowie Temperaturwechselbeständigkeit. Die Untersuchungen zeigen, dass der Schichtverbund unter industriellen Bedingungen kaltwalzplattiert werden kann und dass durch die anschließende Wärmebehandlung eine feste Bindung der Schichtverbundpartner realisiert werden kann. Die mechanischen Eigenschaften des Schichtverbundes entsprechen dabei denen eines reinen austenitischen Werkstoffes, was in Bezug auf die erreichbaren Umform- und Festigkeitswerte positiv ist. Die Haftung der Schichtverbundpartner kann nach Auswertung der qualitativen und quantitativen Messergebnisse dahingehend eingeschätzt werden, dass das Versagen der Bindeschicht mit dem Versagen des Gesamtsystems einhergeht. Damit kann eine vorzeitige Materialtrennung faktisch ausgeschlossen werden. Die Korrosionseigenschaften des Schichtverbundes speziell in maritimen Einsatzbereichen sind durch die Verwendung eines beidseitig auf den Austenit plattierten Titans als ausgezeichnet einzustufen. Zudem zeigt sich der Schichtverbund gänzlich unempfindlich gegenüber einer aufgebrachten schroffen Temperaturwechselbelastung. Mögliche Verwendungszwecke des Schichtverbundes liegen in Bereichen der chemischen Industrie sowie in verschiedenen maritimen Einsatzbereichen als Substitution von kostenintensiven Systemen aus Volltitan.

Summary

In an increasing degree material couples are used in technical systems where the combination of material properties leads to economical and functional benefits compared to a single material. Moved from the identification of new application fields of a material couple across the material and processing development to the final product, a long development process has to be managed.
The research in this thesis focuses on the material development of a titanium (Grade 1)-stainless steel (1.4404) material couple. Due to the austenitic steel this material combination provides good deformation and strength potential combined with an excellent corrosion resistance which is given by the Grade 1 titanium. In detail the main focuses of the work are the diffusion behavior and the interface layer formation, the mechanical properties, the bonding properties, the corrosion properties and alternating thermal stress load behavior. The results of the tests show that this material couple can be cladded under industrial conditions and the following diffusion annealing leads to a compact material bond. The mechanical properties of the material couple correspond to those of single austenitic steels, which results in high strength and ductility values. The bond of the material couple after the evaluation of the qualitatively and quantitatively determined datasets can be estimated to the effect that the failure of the interface of both materials coincides with the failure of the complete system "material couple". Thus, a premature material failure can be excluded. Using an austenitic steel cladded on both side with titanium, the corrosion behavior especially in maritime application areas is excellent. Furthermore, the material couple shows insensitivity to alternating thermal stress loads. Potentially, application areas for this material couple are in chemical industry applications as well as in different maritime applications as substitution of cost intensive pure/solid titanium parts.

Schlagwörter: Eisenhüttenkunde; Kaltwalzplattieren; Schichtverbunde; Haftfestigkeit; Titan

Berichte aus dem Institut für Eisenhüttenkunde