Plasma nitriding is an effective surface hardening treatment for austenitic stainless steels. During plasma nitriding, s‐phase formation takes place which is not only responsible for high hardness and wear resistance but also for good corrosion resistance. In order to estimate the thickness of the s‐phase for austenitic stainless steel in a plasma nitriding process, an empirical model is devised. A number of plasma nitriding processes of austenitic stainless steel (304 L) were carried out with varying treatment temperature from 360 °C to 450 °C and process duration ranging from 10 hours to 24 hours with constant pressure, voltage, pulse‐to‐pause‐ratio and gas mixture. A time‐temperature dependent s‐phase formation coefficient is determined by measuring the thickness of the s‐phase using a scanning electron microscope (SEM) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). The developed model is verified by three controlled experiments. This model fits the thickness of the s‐phase with an error of less than 6 %.

Zusammenfassung Das Plasmantrieren ist ein wichtiges Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit metallischer Werkstoffe, insbesondere auch austenitischer Stähle. Eine entscheidende Rolle für den Härteanstieg spielt die Gitteraufweitung durch eindiffundierte Stickstoffatome, die zur Bildung der sogenannten s‐Phase („extended austenite“) führt. Im Rahmen einer Masterarbeit am Institut für Oberflächentechnik der Technischen Universität Braunschweig wurde ein Modell zur Vorhersage der s‐Phasendicke für Plasmanitrierprozesse von vier austenitischen rostfreien Stählen entwickelt. Das Modell wurde durch eine Reihe von Kontrollversuchen validiert. Es zeigt aufgrund des geringen relativen Fehlers von weniger als 6 % eine sehr gute Annäherung an die experimentell ermittelten Werte.

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Plasmanitrieren bietet großes Potenzial, die Verschleißeigenschaften von austenitischen Stählen zu verbessern. Es werden neben den Werkstoffen 1.4307 und 1.4404 die Titan‐stabilisierten Güten 1.4541 und 1.4571 betrachtet, um insbesondere den Einfluss der Titanstabilisierung auf das Nitrierergebnis und das Korrosionsverhalten zu untersuchen. Außerdem wurde untersucht, inwieweit der Herabsetzung der Korrosionseigenschaften durch kaltumformungs‐induzierte Defektstrukturen durch die Titanstabilisierung begegnet werden kann. Im Vergleich zu den Werkstoffen 1.4307 und 1.4404 wird bei beiden titanstabilisierten austenitischen Stählen weniger Stickstoff in Bereichen mit Umformmartensit und niedrigen Nitriertemperaturen eingebaut, während an Gleitbändern eine erhöhte Eindiffusion von Stickstoff zu beobachten ist. Die Korrosionsbeständigkeit verbessert sich generell durch die hier verwendeten Plasmanitrierparameter. Generell bewirkt eine höhere Dicke der beim Plasmanitrieren erzeugten S‐Phase eine bessere Korrosionsbeständigkeit sowie eine höhere Oberflächenhärte. Die Titanstabilisierung hemmt die Stickstoffdiffusion bei hohen Umformmartensitgehalten und niedrigen Nitriertemperaturen und fördert die Diffusion an Gleitlinien.