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Influence of carbon diffusion on microstructure and wear behaviour of duplex stainless steel surface layers on lamellar grey cast iron

Heider, B. ; Oechsner, M. ; Engler, T. ; Ellermeier, J. ; Reisgen, U. ; Sharma, R. ; Zokoll, E. ; Gonzalez, E. (2024)
Influence of carbon diffusion on microstructure and wear behaviour of duplex stainless steel surface layers on lamellar grey cast iron.
In: Materials Science and Engineering Technology = Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2019, 50 (10)
doi: 10.26083/tuprints-00016742
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Item Type: Article
Type of entry: Secondary publication
Title: Influence of carbon diffusion on microstructure and wear behaviour of duplex stainless steel surface layers on lamellar grey cast iron
Language: English
Date: 29 January 2024
Place of Publication: Darmstadt
Year of primary publication: 2019
Place of primary publication: Weinheim
Publisher: Wiley-VCH
Journal or Publication Title: Materials Science and Engineering Technology = Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Volume of the journal: 50
Issue Number: 10
DOI: 10.26083/tuprints-00016742
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Origin: Secondary publication DeepGreen
Abstract:

Surface welding with duplex stainless steel was performed to enhance the wear and corrosion properties of grey cast iron, which is used as material for applications as pump components in maritime and chemical environments. The method used for surface welding and the corresponding process parameters determine the chemical composition and microstructure, which both determine the corrosion and wear properties of the surface layer. High heat input leads to high chemical dilution and thus, reduced corrosion resistance. Slow cooling rates, which are recommended for welding of grey cast iron components, facilitate the formation of carbides in the fusion zone of the chromium‐rich duplex stainless steel surface layer. On the one hand, carbides lead to increased hardness and thus, improved wear resistance of the surface layers. On the other hand, carbides and high chemical dilution rates reduce the corrosion resistance and therefore should be avoided. Under high cooling rates, the risk of cracking in the heat affected zone of the grey cast iron increases due to martensitic phase transformations. The paper describes the correlation of process parameters, microstructure and chemical composition with a focus on carbon diffusion and carbide formation, ever considering the effect on the wear behaviour in an oscillation tribometer and under erosion‐corrosion conditions.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Zur Erhöhung der Korrosions‐ und Verschleißbeständigkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Lamellengraphit, welches für Pumpenbauteile in beispielsweise Meerwasserumgebung oder chemischen Anlagen verwendet wird, wurden Auftragschweißschichten aus Duplexstahl hergestellt. Dabei bestimmen der Prozess des Auftragschweißens sowie die entsprechenden Prozessparameter die chemische Aufmischung von Zusatz‐ und Grundwerkstoff sowie das resultierende Gefüge der Auftragschweißschicht. Die chemische Zusammensetzung und das Gefüge der Schicht bestimmen wiederum die Korrosions‐ und Verschleißbeständigkeit. Hohe Wärmeeinbringung bzw. Streckenenergie führt zu hoher Aufmischung und erhöhter Korrosionsanfälligkeit. Für das Schweißen von Gusseisen wird langsame Abkühlung empfohlen, während Duplexstähle unter solchen Bedingungen zur Ausbildung von versprödenden Phasen neigen. Auf der einen Seite steigern solche karbidischen Phasen die Härte der Duplexstähle und begünstigen damit die Verschleißbeständigkeit, auf der anderen Seite bilden diese Ausscheidungen Angriffspunkte für selektive Korrosion und verringern somit die Korrosionsbeständigkeit. Schnelle Abkühlung, die für das Schweißen von Duplexstählen empfohlen wird, erhöht wiederum besonders in der Wärmeeinflusszone des Graugusses das Risiko von martensitischen Umwandlungen, wodurch in dieser Zone Risse entstehen können. In diesem Manuskript wird der Zusammenhang zwischen Prozessparametern beim Auftragschweißen und der Aufmischung bzw. dem Gefüge und letztlich den sich daraus ergebenden Verschleißeigenschaften beschrieben. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Einfluss auf die Diffusion von Kohlenstoff und der Bildung von Karbiden.

German
Uncontrolled Keywords: Surface welding, carbon diffusion, phase formation, microstructure, abrasion wear, erosion-corrosion
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-167424
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Center for Engineering Materials, State Materials Testing Institute Darmstadt (MPA) Chair and Institute for Materials Technology (IfW)
Date Deposited: 29 Jan 2024 13:45
Last Modified: 31 Jan 2024 07:15
SWORD Depositor: Deep Green
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/16742
PPN: 515126896
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