Internal precipitation of nitrides in iron-based alloys

Abstract

X‐ray diffraction has become a standard method of microstructural analysis. However, in systems with a complex microstructure, the interpretation of the measured diffractograms may not be very straightforward. The influence of the precipitation of fine alloying element nitrides and the changes in precipitation morphology that occur upon continued nitriding on the shape and position of XRD peaks have been identified. The thus obtained quantitative model has been applied to a variety of precipitation systems and in general good agreement of predicted values and experimental results is found. The precipitation of finely distributed alloying element nitrides is the main strengthening mechanism in the diffusion zone of nitrided parts. Various alloying elements having an affinity for N show considerably different nitriding behavior. Cr shows a strong N‐affinity and therefore readily precipitates in the presence of N. However, Mo has a weak strength of interaction with N and reacts only slowly. In order to better understand the nitriding behavior of nitrided steels containing both Cr and Mo, the nitriding behavior of ternary Fe‐Cr‐Mo model alloys is investigated. The complex precipitation sequence of ternary mixed Cr-Mo-nitrides has been identified and the role of the Cr/Mo-ratio of the alloy is exposed. X‐ray diffraction has become a standard method of microstructural analysis. However, in systems with a complex microstructure, the interpretation of the measured diffractograms may not be very straightforward. The influence of the precipitation of fine alloying element nitrides and the changes in precipitation morphology that occur upon continued nitriding on the shape and position of XRD peaks have been identified. The thus obtained quantitative model has been applied to a variety of precipitation systems and in general good agreement of predicted values and experimental results is found.

Röntgenbeugung stellt heutzutage eine Standardmethode zur Analyse der Mikrostruktur von Materialien dar. Diffraktogramme, die von sehr komplexen Mikrostrukturen erzeugt werden, sind jedoch häufig nicht leicht zu interpretieren. Der Zusammenhang zwischen der Ausscheidung feiner Legierungselementnitridteilchen sowie deren morphologische Veränderungen beim fortgesetzten Nitrieren und der Form und Position der Röntgenreflexe wird aufgezeigt. Das hierfür entwickelte quantitative Modell wurde auf eine Reihe weiterer Ausscheidungssysteme angewandt und es wird allgemein eine gute Übereinstimmung von vorhergesagten und experimentell bestimmten Ergebnissen gefunden. Die Ausscheidung fein verteilter Legierungselementnitride ist der hauptsächliche Verstärkungsmechanismus in der Diffusionszone von nitrierten Bauteilen. Die verschiedenen Legierungselemente, die eine Wechselwirkung mit Stickstoff eingehen, zeigen sehr unterschiedliches Nitrierverhalten. Cr zeigt eine starke Affinität zu Stickstoff und scheidet sich daher in Anwesenheit von Stickstoff schnell als Nitrid aus. Mo zeigt hingegen nur eine schwache Affinität zu Stickstoff und reagiert daher nur langsam. Um das Nitrierverhalten von Stählen, die sowohl Cr als auch Mo enthalten, besser zu verstehen, werden nitrierte ternäre Fe‐Cr‐Mo‐Modelllegierungen untersucht. Die Komplexe Ausscheidungsabfolge der ternären Cr-Mo-Mischnitride wurde identifiziert und der Einfluss des Cr/Mo-Verhältnisses der Legierung wurde ermittelt.