Eigenschaften, Bedeutung und Einfluss auf Werkstoffeigenschaften

Deltaferrit ist eine spezielle Modifikation des Ferrits und gehört zu den Eisenmodifikationen im metastabilen Zustandsdiagramm von Eisen-Kohlenstoff. Diese Phase tritt vorwiegend bei hohen Temperaturen auf und ist stabil oberhalb von etwa 1392 °C. Deltaferrit kann jedoch auch bei Raumtemperatur in bestimmten Stahlsorten, insbesondere in austenitischen oder ferritisch-austenitischen (duplex) Edelstählen, als mikroskopischer Gefügebestandteil auftreten. Das Vorhandensein von Deltaferrit beeinflusst die mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften eines Werkstoffs maßgeblich.

1. Eigenschaften von Deltaferrit

Deltaferrit ist eine kubisch-raumzentrierte (krz) Phase und zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

• Gitterstruktur: Die krz-Gitterstruktur von Deltaferrit ähnelt derjenigen des Alpha-Ferrits (Raumtemperatur-Ferrit), ist jedoch nur bei hohen Temperaturen stabil.
• Kohlenstofflöslichkeit: Deltaferrit besitzt eine sehr geringe Löslichkeit für Kohlenstoff, was zur Bildung von Kohlenstoff-reichen Ausscheidungen wie Karbiden führen kann, wenn der Werkstoff abkühlt.
• Magnetische Eigenschaften: Bei Raumtemperatur ist Deltaferrit magnetisch, was ihn von austenitischen Gefügebestandteilen unterscheidet, die nicht magnetisch sind.
• Festigkeit und Duktilität: Deltaferrit hat eine geringere Festigkeit als Martensit oder Austenit, weist jedoch eine hohe Duktilität und Formbarkeit auf.

2. Deltaferrit in Edelstahl

In austenitischen oder duplex Edelstahllegierungen kann Deltaferrit beim Schweißen oder bei Wärmebehandlungen entstehen. Seine Anwesenheit hängt von der Legierungskomposition und den Abkühlbedingungen ab:

• Schweißen von Edelstahl: Deltaferrit entsteht häufig in Schweißnähten von austenitischen Stählen und wirkt als Rissvermeider, da er Spannungen abbauen kann. Das Ziel bei austenitischen Schweißverbindungen ist in der Regel ein Deltaferritgehalt zwischen 3 und 10 Prozent, um eine gute Kombination aus Rissbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.
• Duplex-Edelstähle: Diese enthalten sowohl Ferrit als auch Austenit und bieten eine höhere Festigkeit und bessere Korrosionsbeständigkeit als rein austenitische oder ferritische Stähle. Der Deltaferritanteil kann hier zwischen 30 und 70 Prozent liegen und ist für die Duplex-Mikrostruktur entscheidend.

3. Einfluss von Deltaferrit auf die Werkstoffeigenschaften

Deltaferrit kann sich auf verschiedene Weise auf die Eigenschaften eines Werkstoffs auswirken:

• Rissbeständigkeit: Deltaferrit verbessert die Rissbeständigkeit bei hohen Temperaturen und unter schwierigen mechanischen Bedingungen, da er Spannungen effizienter als andere Phasen abbaut.
• Korrosionsbeständigkeit: Während Deltaferrit die mechanische Beständigkeit verbessern kann, verringert sein Vorhandensein in austenitischen Stählen bei höheren Temperaturen manchmal die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen interkristalline Korrosion. Eine sorgfältige Legierungswahl und Prozesssteuerung ist daher entscheidend.
• Verformbarkeit und Festigkeit: Deltaferrit neigt dazu, die Duktilität eines Materials zu erhöhen, was nützlich sein kann, wenn hohe Verformungsraten oder komplexe Umformprozesse erforderlich sind.

4. Analytische Methoden zur Bestimmung von Deltaferrit

Zur Analyse und Quantifizierung von Deltaferrit in einem Werkstoff werden verschiedene Methoden eingesetzt:

• Lichtmikroskopie: Geätzte Schliffe können Deltaferrit im Mikroskop sichtbar machen. Der Deltaferrit erscheint je nach Ätzverfahren und Zusammensetzung als hellerer oder dunklerer Gefügebestandteil.
• Elektronenmikroskopie (REM): Mit dem Rasterelektronenmikroskop lassen sich detaillierte Bilder von Deltaferritstrukturen erstellen, insbesondere in Kombination mit Elementanalysen.
• Röntgenbeugung (XRD): Diese Methode eignet sich zur Bestimmung der Phasenanteile in einer Legierung und kann den Deltaferritgehalt zuverlässig quantifizieren.
• Magnetische Methoden: Da Deltaferrit magnetisch ist, kann die magnetische Suszeptibilität verwendet werden, um seinen Anteil zu messen, besonders in austenitischen Stählen.