Microstructural and surface residual stress development during low-temperature gaseous nitriding of Fe-3.07at.%Mo alloy

H. Selg; E. Bischoff; R. Schacherl; J. Schwarzer; E. J. Mittemeijer

doi:10.3139/105.110088

Artikel

Microstructural and surface residual stress development during low-temperature gaseous nitriding of Fe-3.07at.%Mo alloy

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Veröffentlicht/Copyright: 31. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift HTM Journal of Heat Treatment and Materials Band 66 Heft 2

Abstract

Fe-3.07at.%Mo alloy specimens were nitrided at 480 °C in a NH₃/H₂ gas mixture applying a nitriding potential of 0.25 atm^−1/2. Selected area electron diffraction patterns (SADPs) of the nitrided zone showed continuous streaking in <100>_α-Fe directions, which indicates the presence of fine, nano-sized precipitate platelets, with a coherent interface parallel to the {100} planes of the ferrite (a) matrix. The X-ray diffractograms, recorded from the specimen surface, showed an asymmetric broadening of the ferrite-matrix reflections which was especially pronounced for the (200) reflections, which hints at a tetragonal distortion of the (microstressed) ferrite matrix surrounding the precipitates. These misfitting, nano-sized precipitates cause a relatively high hardness as well as a compressive residual macrostress parallel to the surface in the nitrided zone adjacent to the surface: 900HV0.05 and 1100MPa, respectively.

Kurzfassung

3,07at.%Mo-Legierungen wurden nitriert bei 480 °C in einer NH₃/H₂-Gasmischung mit einem Nitrierpotenzial von 0,25atm^−1/2. Elektronenmikroskopische Feinbereichsbeugungsbilder der Nitrierzone zeigten kontinuierliche „Streaks“ in <100>_α-Fe-Richtungen, ein Zeichen für sehr feine, nano-skalige Ausscheidungen, mit einer kohärenten Grenzfläche parallel zu den {100}-Ebenen der ferritischen (α) Matrix. Röntgenbeugungsdiagramme, die von der Probenoberfläche aufgenommen wurden, zeigten eine asymmetrische Linienverbreiterung der Ferritmatrix, welche insbesondere bei der (200)-Linie sehr ausgeprägt war. Dies ist ein Hinweis auf eine tetragonale Verzerrung der Ferritmatrix in der Umgebung der Ausscheidungen durch Mikrospannungen. Diese nano-skaligen Ausscheidungen verursachen neben einer relativ hohen Härte von 900HV0,05 auch eine makroskopische Druckeigenspannung von 1100MPa parallel zur Oberfläche im oberflächennahen Bereich der Nitrierzone.

Keywords: Gas nitriding; binary Fe-3.07at.%Mo alloys; residual stress

Schlüsselwörter: Gasnitrieren; binäre Fe-3,07at.%Mo-Legierungen; Eigenspannungen

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Published Online: 2013-05-31

Published in Print: 2011-04-01

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Gas nitriding; binary Fe-3.07at.%Mo alloys; residual stress