Die Begriffe "expandierter Austenit" und "S-Phase" wurden bei ihrer Entdeckung Anfang der 1980er Jahre geprägt. Der Begriff S-Phase wurde verwendet, um neue Peaks zu beschreiben, die mit einem Röntgenpulverdiffraktometer (XRD) angezeigt wurden. Man glaubte, dass sich in der austenitischen Struktur der nichtrostenden Stähle eine neue Phase bildete. Später stellte sich heraus, dass dies nicht der Fall war und bei der thermochemischen Diffusion keine Phasenänderung auftrat; der Name blieb jedoch erhalten und die Begriffe "expandierter Austenit" oder "S-Phase" werden heute synonym verwendet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wurde sogar die Bezeichnung "M-Phase" verwendet, da man glaubte, dass sich eine martensitische Struktur bildet, was ebenfalls nicht stimmt.
Die S-Phase wird durch eine Übersättigung mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff gebildet, bis zu 25 at% für die Stickstoff-S-Phase. Die Implantation der Elemente führt zu einer hellen weißen Schicht, die leicht erkennbar ist und auf die Ausdehnung des Gitters zurückzuführen ist, während das Kernmaterial die Ausdehnung einschränkt. Infolgedessen bilden sich sehr hohe Eigenspannungen und es wird eine hohe Härte erreicht, die typischerweise über 1000HV0,05 liegt. Beide Arten der S-Phase (Stickstoff und Kohlenstoff) sind metastabil, wobei die letztere sich in der Kolsterising® Prozess entsteht, eine höhere thermische Stabilität und Duktilität aufweist.
Wie in der Abbildung dargestellt, diffundieren Kohlenstoff- oder Stickstoffatome in die Zwischenräume des Gitters und üben Druck auf die Oberfläche aus, während das Grundmaterial die Ausdehnung absorbiert.
- Duktilität der gehärteten Schicht
- Erhöhung der Abriebfestigkeit
- verbesserte Ermüdungslebensdauer
- Verhinderung von Fressen bei austenitischen Werkstoffpaarungen