Untersuchung der Hochtemperaturverzunderung/-entkohlung eines Kugellagerstahls (100Cr6) in unterschiedlichen Verbrennungsatmosphären (Erdgas- und Wasserstoffverbrennungsatmosphäre)

In dieser Arbeit wurde die Hochtemperaturoxidation von einem 100Cr6 Kugellagerstahl unter zwei verschiedenen Verbrennungsatmosphären untersucht: einer klassischen Erdgas-verbrennungsatmosphäre und einer Wasserstoffverbrennungsatmosphäre. Die Versuche wurden isotherm bei sechs Temperaturstufen (800 °C, 900 °C, 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C und 1250 °C) durchgeführt, wobei jeder Versuch 120 Minuten dauerte. Die Literaturrecherche fokussierte auf die grundlegenden Prinzipien der Hochtemperaturoxidation von Kugellagerstählen, sowie von Chrom- und siliziumhaltigen Stählen in unterschiedlichen Atmosphären. Im experimentellen Teil wurde eine Simultane-Thermische-Analyse (STA) verwendet zur Messung der Gewichtsänderung während unterschiedlichen Zeit-Temperatur-Atmosphären Programmen. Die STA-Messungen und die metallographischen Untersuchungen zeigten, dass in der Wasserstoffverbrennungsatmosphäre bei Temperaturen über 1100°C eine stärkere Oxidbildung von etwa 35 Massen-% auftritt. Auch der Temperatureinfluss ist signifikant: Je höher die Temperatur, desto ausgeprägter die Oxidation. Dies ist darauf zurückzuführen, dass erhöhte Temperaturen Diffusionsprozesse und den Massentransport an der Metalloxid-Grenzfläche fördern. Hinsichtlich der Entkohlung wurden keine Unterschiede zwischen den beiden Verbrennungsatmosphären festgestellt. Der Grund dafür ist, dass die Oxidschicht hauptsächlich aus FeO (Wüstit) besteht und der pO2-Partialdruck am Interface der Oxidation in beiden Verbrennungsatmosphären ähnlich ist, sodass keine Unterschiede in den Entkohlungsreaktionen beobachtet wurden. Schließlich wurde aus den ermittelten Oxidationsparametern ein Modell entwickelt, um das Zunderwachstum von der Legierung 100Cr6 zu berechnen im Temperaturbereich von 800°C-1250°C für bis zu 2h in beiden Verbrennungsatmosphären.