Prüfungsvorbereitung Wärmebehandlung

1. Abschrecken mit milden Abschreckmitteln→legierte Stähle trägeres Umwandlungsverhalten

2. richtige Handhabung der Bauteile: Richtung beim Eintauchen, Bad umwälzen, Bauteil bewegen→verkürzen der Dampfphase, Ablösen der Dapfblasen fördern

3. Richtiges Härteverfahren wählen

normales Härten: kontinuierliches Abschrecken

gebrochenes Härten: -abschrecken in Wasser bis Abfangtemperatur dann langsameres Abkühlen in Öl

Warmbadhärten: abschrecken im Warmbad bis Haltetemperatur dann Halten oberhalb der Martensibildungstemp. dann in wasser oder Öl abschrecken

Vorteil: gleichmäßige Temp.verteilung, geringer Härteverzug, geringe Rissgefahr

Nachteil: höherer Aufwand, höhere Kosten

1. Startgefüge

2. Bildung des Austenits beginnt inm Perlit Carbidaulösung C-Atome werden im Austenit gelöst (Ac1)

3. Bildung des Austenits im Ferrit zw. Ac1 und Ac3

4. inhomogene C-Verteilung T>Ac3

5. Endgefüge:   C homogen gelöst, feinkörniges Austenitisches Gefüge

optimal für Ausgangszustand eines gleichmäßigen und feine Martensits

WICHTIG: Temperatur oberhalb von Ac3 UND ausreichende Zeit zum Homogenisieren

Ausgangspkt.: homogenes austenitisches Gefüge

bei 450-700°C Ferrit, Carbid, Perlit→Abkühlen in der Perlitstufe: Diffusion in Gamma dann Umwandlung

bei 200- 550°C Bainit Gefüge: → Diffusion in Gamma dann Umklappen dann Diffusion in Alpha und Gamma

ab 350°C Martensitischen Gefüge→ Umklappen dann Diffusion in alpha ,Umklappvorgang erfolgt diffusionslos!!

- erst Keimbildung: Entstehen von Zementit

- Ferritbildung ausgehend von C-armen Austenit

- Bildung neuer Zementitkeime

- Lamellenwachstum von Zementit und Ferrit→ an ehemaligen Austenitgrenzen entsteht Ferrit kann kaum C lösen→ C wird in Austenit gedrängt

- Austenitzerfall/Perlitbildung bei langsamer Abkülung Fe und C sind voll diffusionsfähig

- diffusionsgesteuererteKeimbildung und - wachstum

- feinstreifiges Gefüge

- Austenitzerfall bei beschleunigter Abkühlung:

- Fe nicht mehr diffusionsfähig, C kann noch diffundieren

- langsames Umklappen von Austenit in Ferrit

- diffusionsgesteuerte Ausscheidung von feinen Zementitteilchen

oberer Bainit: feine Zementitausscheidungen zw. Ferittplatten

unterer Bainit: feinste Zementitauscheidungen innerhalb der Ferritnadeln

. Austenitzerfall bei extrem schneller Abkühlung

- Fe und C sind nicht mehr diffuisonsfähig

- umklappen von Austenit in Martensit→ Czwangsgelöst t→tetragonale Verzerrung der Elementarzelle→Anstieg der Härte

- 2 EZ Austenit ergeben 1 EZ Martensit

- mit wachsendem Kohlenstoffgehalt: Massivmartensit, martensitischen Mischgefüge, Plattenmartensit

-

- Legierungselemente verzögern die Umwandlung des Austenits

- geringere Martensitstarttemp.

- geringere kritische Abkühlgeschwindigkeit

WICHTIG: vermeidung von Restausenit!!

unlegierter Stahl → Wasserhärter→Schalenhärter: großer Härteabfall über dem Querschnitt

niederlegierter Stahl→ Ölhärter→Schalenhärter→geringer Härteabfall über dem Querschnitt

hochlegierte Stähle→Lufthärter→ durchgehärteter Werkstoff gleichmäßiger Härteverlauf im gesamten Bauteil

-Nachbehandlung gehärteter Teile: Vermeidung von Spannungen, Einstellung gewünschter Eigenschaften (Festigkeit/Zähigkeit)

- je höher angelassen wird desto niedriger die Härte (Zähigkeit steigt)

- mittels Anlassschaubilern Härte über der Temperatur

1. Anlassstufe: 80°C- 150°C

Zwangsgelöster C im Martensit wir diffusionsfähig→Abbau der tetragonalen Verzerrung→ kubischer Martensit mit submikr. Epsilon- Carbidausscheidungen Fe2C (Vorstufe Zementit)

2. Anlassstufe: 150°C- 290°C

- zunehmende Beweglichkeit von C→ Umwandlunf von Restaustenit in kubischen Martensit mit subm. Fe2C- Ausscheidungen

3. Anlassstufe: 290°C-400°C

- gesamter C herausdiffundiert→ tetr. Verzerrung vollständig abgebaut

- Übergang von kubischem Martensit in kohlenstofffreien Ferrit

- Fe2C in Zementit umgewandelt→ Carbidwachstum

4. Anlassstufe  > 400°C

- Carbidwachstum

- bei legierten Stählen bilden sich Sondercarbide (netzwerkartige Ausscheidungen)

- Austenitisieren: untereutektoide unlegierte Stähle: 30- 50K oberhalb von Ac3

untereutektoide unlegierte Stähle: 30-60 K oberhalb von Ac1

- Haltezeit: optimiert Anhaltspkt. t= 20+ D/2  oder Dmax

- Abschrecken in Wasser, Öl, Luft  v abk.> v krit.

Anlassen: bei höheren Temp. 450°C- 680°C

Haltezeit > 60min

langsames erwärmen und abühlen

- Einstellen feinkörniges Gefüge mit hoher Härte/ Festigkeit und hoher Zähigkeit→ Vergütungsgefüge

- feine Zementitteilchen in feinkörnig ferritischer Matrix

- gleichmäßige Gefügeausbildung über dem gesamten Querschnitt

- gezielte Einstellung Festigkeit und Zähigkeit

- ergibt gleichmäßige Eigenschaften über den gesamten Querschnitt verteilt

- Ursache: Gefügeveränderung am größten, je weiter das Ausangsgefüge vom Gleichgewichtszustand ertfernt ist

- schnelles abkühlen von Anlasstemp → Ausscheidungen werden unterdrückt

- lange Haltezeit auf anlasstemp. → Ausscheidungen koagulieren, kein Netzwerk

- Zugabe von Legierungselementen z.b Mo, W

- Anwendung von Sonderverfahren

. - schnelles Abkühlen: -erhöht Kerbschlagbiegearbeit

- senkt Übergangstemperatur

1. Glühen

2. Harten

3. Vergüten

4. Randschichthärten

5. Einsatzhärten

6. Erzeugen von Diffusionsschichten

7. thermo- mech. Behandlung

8. Aushärten

- Einstellen von Gebrauchseigenschaften

- Einstellen von Verarbeitungseigenschaften

- Beseitigung von Eigenspannung

- Beseitigung von Kaltverfestigung

- Beseitigung von Seigerungen

- Einstellen der vollen Wirksamkeit der Legierungselemente

1. Erwärmen

2. Halten

3. Abkühlen

1. ausgeprägte Unterschiede zwischen Rand und Kern der Probe beim Aufheizen

2. geringe Unterschiede zwischen Rand und Kern der Probe beim Aufheizen

- thermische Schwingungen der Gitterbausteine nimmt zu

- Material dehnt sich aus

- Anzahl Leerstellen steigt

- Diffusion bei T> 0,4 Ts   → Auflösen von Phasen

- bei polymorphen Werkstoffen: Gitterumwandlungen

- volumenerfassend: Erwärmung in Öfen; durch direkten Stromdurchgang

- oberflächenerfassend: erwärmen durch direkte Einwirkung einer Gasflamme;Indukionserwärmung; Laserstrahlerwärmung

Intensität der Wärmeübertragung: steigt von Laser zu Ofen

Tiefe der Wärmeübertragung fällt von Ofen zu Laser

Wärmestrahlung: Warmeabgabe durch Wärmequelle in Form von elek.mag. Wellen

Konvektion: Wärmeübertragung durch Umgebungsmedium zur Erwärmung der Probenoberfläche

Wärmeleitung: Warmeübertragung innerhalb des Werkstoffes zum Ausgleich von Temperaturunterschieden zw. Rand und Kern.

- je höher der Kohlenstoffgehalt desto langsamer muss erwärmt werden, desto mehr Haltestufen müssen eingebaut werden.

Je schneller desto stärker die Verspannung und Beanspruchung im Bauteil

- langsame Abkühlungen: geregelte Ofenabkühlung, spontane ungeregelte Ofenabkühlung, an ruhender Luft, Pressluft, (gleichgewichtsnahe Abkühlung)

- mittlere Abkühlgeschw. : Abkühlen in temperierte Salzschmelze, Härteöl

- schnelle Abkühlung: Wasser, Salzlösung (nicht gleichgewichtsnahe Abkühlung)

3. Phasen der Abkühlung in Flüssigkeiten:

- Dampfhautphase:langsames Abkühlen durch isolierende Dampfhaut, bis Leidenfrosttemperatur → Dampfhaut bricht zusammen

- Kochphase: schnelle Wärmeabfuhr durch Verdampfung, (höchste Abkühlgeschw) , bis Siedetemp. Abkühlmedium

- Konvektionsphase: langsame Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung

- therm. Schwingungen der Gitterbausteine nehmen ab

- Material kontrahiert

- Anzahl Leerstellen sinkt

- Diffusion nur bei T > 0,4 Ts

- Stahl: diffusionsgesteuerte oder diffusionslose Phasenumwandlungen

Hubbalkenofen

Dreherdofen

Durchstoßofen

Banddurchlaufofen

Kammerofen

Herdwagenofen

Schachtofen

Hängeofen

Haubenofen

- Oxidation, Entkohlung, Aufkohlung

- Beeinträchtigung der OF- Qualität, Verschleiß von Öfen/Werkzeugen, erhöhte Kosten durch Nacharbeit und Werkstoffverlust

- Vermeidung durch : Erzeugung Vakuum oder Austausch von Luft gegen reaktionsträge Atmosphäre