Welche Auswirkungen hat das Schrotstrahlen auf die Eigenschaften von austenitischem Edelstahl?

Die Wirkung der Kugelstrahlverfestigung auf die Eigenschaften von austenitischem Edelstahl manifestiert sich hauptsächlich in mehreren Dimensionen wie Mechanik, Oberfläche und Korrosionsbeständigkeit. Die Details sind wie folgt:

1. Optimierung der mechanischen Leistung

Deutliche Verbesserung der Dauerfestigkeit: Auf der Oberfläche wird eine Restdruckspannung von -800 bis -1200 MPa eingebracht, die die Entstehung von Ermüdungsrissen hemmt. Die Dauerfestigkeit von 304 Edelstahl kann um das 2-fache verlängert werden, und die Dauerfestigkeit kann um 30% bis 50% erhöht werden.

Die Härte und Verschleißbeständigkeit werden verbessert: Die Härte der Oberfläche steigt von HV200 auf HV300 bis 400 aufgrund von Kaltverfestigung an, und die Verschleißbeständigkeit wird um das 1- bis 3-fache verbessert, geeignet für verschleißfeste Teile wie Pumpenwellen und Ventile. 

II. Verbesserung der Oberflächenleistung

Steuerbare Einstellung der Oberflächenrauheit: Durch die Kontrolle der Teilchengröße (0.1 - 2.0mm) der Projektile kann die Oberflächenrauheit Ra im Bereich von 0.5 - 5.0μm eingestellt werden, um die Anforderungen an die Reibungsreduktion und die Anti-Haftverschleißfestigkeit auszugleichen (z.B. wenn Ra = 1.0μm, sinkt der Reibungskoeffizient um 20%).

Verbesserte Leistung der Passivierungsschicht: Die durch Kugelstrahlen induzierte Gitterverzerrung fördert die Diffusion von Cr-Elementen, was zu einer Zunahme der Dicke der Passivierungsschicht um 30 % und zu einer Verlängerung der Korrosionsbeständigkeit im neutralen Salzsprühtest um mehr als 500 Stunden führt. 

III. Korrosionsbeständigkeit und Verhinderung von Spannungskorrosion

Hemmung der Spannungskorrosionsrissbildung (SCC): In einer Umgebung mit Cl⁻ kann die Druckspannung 60 % bis 80 % der Zugspannung kompensieren, wodurch das Risiko der SCC verringert wird. Beispielsweise wurde die Lebensdauer von Meerwasserwärmetauscherrohren um das 3-fache verlängert.

Verbesserung der elektrochemischen Korrosionsbeständigkeit: Die Dichte der Passivierungsschicht nimmt zu, das Korrosionspotential von 316L Edelstahl in sauren Medien verschiebt sich um 100 bis 200 mV positiv und die Korrosionsstromdichte nimmt um 40 % ab. 

IV. Prozesskompatibilität und Funktionserweiterung

Vorteile der nicht-thermischen Bearbeitung: Die Behandlung bei Raumtemperatur verändert nicht die Matrixstruktur, wodurch Verformungen während der Wärmebehandlung vermieden werden (Verformung von dünnwandigen Teilen <0,05mm), geeignet für Präzisionsteile.

Verbesserte Beschichtungsadhäsion: Rauhe Oberflächen bieten mechanische Verankerung für PVD/CVD-Beschichtungen. Die Adhäsion von TiN-Beschichtungen hat sich von 50N auf 120N erhöht, wodurch die zusammengesetzte Schutzleistung verbessert wird. 

Typischer Datenvergleich (unter Verwendung von 304 Edelstahl als Beispiel)

Schwingfestigkeit (MPa)

Unbehandelt: 200

Nach der Kugelstrahlbehandlung: 280 - 300

Verbesserungsrate: 40% - 50% 

Oberflächenhärte (HV)

Unbehandelt: 200

Nach der Kugelstrahlbehandlung: 320 - 350

Verbesserungsrate: 60% - 75% 

Salzsprühtest (h)

Unbehandelt: 500

Nach der Kugelstrahlbehandlung: >1000

Anstiegsrate: >100% 

Reibungskoeffizient

Unbehandelt: 0.6

Nach der Kugelstrahlbehandlung: 0.48

Verbesserungsprozentsatz: 20% 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kugelstrahlverfestigung durch physikalisch-metallurgische Methoden eine synergistische Verbesserung mehrerer Eigenschaften von austenitischem Edelstahl erzielt und somit seinen Anwendungsbereich in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Petrochemie erheblich erweitert.