Prüfungsvorbereitung Wärmebehandlung
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Flashcards
Welche Typen von Aufkohlmittel gibt es? Temperaturbereich? Kohlenstoffträger?
1. feste Aufkohlmittel:
Tempb.: 870°C-930°C
Kohlenstoffträger: Holzkohle/Koks
Anreicherung in der Gasphase! BOUDOUARD GGW 2CO⇔C + CO2
2. flüssige Aufkohlmittel:
Tempb. 900°C - 950°C
Kohlenstofflieferant: Cyanide (NACN, KCN)
über Reaktionen entsteht CO → BOUDOUARD GGW
Achtung!! BT muss trocken sein! explosionsartige Wasserverdampfung!
3. gasförmige Aufkohlmittel:
Tempb. 850°C- 950°C
Reaktionsgas: Gasgemisch aus CO, CO2, H2, CH4
Kohlenstofffreisetzung über BOUDOUARD Reaktion, Heterogene Wassergasreaktion, Methan-Reaktion
Wie kann man Carbonitrieren?
- in Salzschmelzen: höherer Cyanidgehalt als beim Einsatzhärten, Bad ist nicht abgedeck→Sauerstoffzufuhr verstärkt Cyanidbildung und Stickstofffreisetzung
- in Gasgemischen: Trägergas: Methanol;
N- abgebende Komponente: wasserfreies Ammoniakgas
C- abgebende Komponente: Erdgas, CH4, Stadtgas, Propan
Vorteile des Carbonitrieren?
-durch N werden Umwandlungstemp. und der eutektoide C-Gehalt zu geringeren Werten verschoben
→ z.T. geringere Behandlungstemp. erforderlich
Welche zwei Arten des Carbonitrierens kennen Sie?
1. Carbonitrieren oberhalb von A3 des Kernwerkstoffes
T: 770°C- 930°C
Dauer: 1min. - 1Stunde
C-Diffusion überwiegt
nach Härten und Anlassen N-haltiger Martensit
Rand C-Gehalt 0,5- 0,8% N- Gehalt 0,2- 0,5% Summe max. 1%
gardierter Übergang des Härteverlauf von Rand- zu Kernhärte
2. Carbonitrieren unterhalb von A3 des Kernwerkstoffes
T: 650°C-770°C
Dauer: 1- 2Stunden
N-Diffusion überwiegt → Rand N-Gehalt: bis 10%
nach Härten uns Anlassen: Verbindungsschicht, darunter n-haltiger Martensit
schrofferAbfall beim Härtverlauf von Rand- zu Kernhärte
geringe Schichtdicke
Welche Härteverfahren kennen Sie beim Einsatzhärten/ Carbonitrieren?
Welche Schwierigkeit besteht?
Direkthärten, Einfachhärten, Doppelhärten
Schwierigkeit: Optimum finden→ Rand und Kern unterschiedliche C-Gehalte
Randhärten: hoher C-gehalt geringe Temp.
Rand optimal gehärtet, Kern unterhärtet
Kernhärten: geringer C-Gehalt höhere Temp.
Rand überhärtet → Bildung Restaustenit!, Kern optimal
Prinzip Direkthärten (beim Einsatzhärten)
- direktes Abschrecken von der Behandlungstemp. (Aufkohlen→abschrecken→anlassen)
- Nachteil: keine Kornfeinung mgl, mech Nachbearbeitung nicht mgl
Prinzip Einfachhärten (Einsatzhärten)
- Härten nach Nachbearbeitung
- Aufkohlen→langsames abkühlen
→auf Härtetemp. (A1 Rand, A3 Kern)→ abschrecken→anlassen
-Vorteil: Rückfeinung durch Austenitisierung beim Kernhärten
-Nachteil: Kernhärten: kein optimales Randgefüge
Randhärten: mäßige Festigkeitssteigerung im Kern
Prinzip Doppelhärten (Einsatzhärten)
-nach Aufkohlen Nachbearbeiten 2*Härten
- aufkohlen→Härten Kern(A3) abschrecken→Härten Rand (A1)abschrecken→Anlassen
- Härten des Kerns: Kornfeinung Rand + Kern
Eigenschaftsoptimum für Kern
- Härten des Randes: otimal gehärteter Rand+ Kern angelassen
→ Vergütungsgefüge!
Prinzip Härten nach isothermer Umwandlung (Einsätzhärten)
- nach Aufkohlung Umwandlung in Perlit- u. Bainitstufe
- Verlauf siehe Skizze
- Härten des Randes: otimal gehärtet
- Kern nach isothermer Umwandlung feinkörnig Gefüge mgl. unbeeinflust
Bestimmen der Einsatzhärtetiefe
Abstand bei dem die Kernhärte erreicht ist = 3* Einhärttiefe
Ziel des Nitrieren/ Nitrocaburieren
- hochharte u. verschleißfeste Randschicht bei komplex gestalteten Bauteilen
- fester, zäher Werkstoff→ feinkörniges Gefüge
- günstig: vergüteter Zustand→ begünstigt Stickstoffaufnahme
- geeignet bei Einsatz von schlag- u. stoßartigen Beanspruchungen
Besonderheiten des Nitrieren/ Nitrocarburieren
- keine Martensitbildung
- Härtezunahme durch Bildung von Nitrieden, Carbonitriden
- Verbindungs- und Diffusionsschicht
- gundsätzlich für alle Eisenwerkstoffe
Schichtaufbau beim Nitrieren
Verbindungsschicht: aüßerste Schicht 700- 1200HV
Nitride, zusätzlich LE→Nitride mit Cr, Al, Mo
Diffusionsschicht: innere Schicht 300 bis > 900HV
Fe-N.MK, Nitride, zusätzlich LE→Nitride mit Cr, Al, Mo
Schicht aufbau beim Nirtocarburieren
Verbindungsschicht: Carbonitriede + Nitride
zusätzlich LE→Carbonitride mit Cr, Al, Mo
Diffusionsschicht: Fe-N.MK, Nitride,
zusätzlich LE→Carbonitride mit Cr, Al, Mo
technologisches Vorgehen bei Nitriren/Nitrocarburieren
Nitrieren: Behandlung der Bt bei T: 500-550°C, N- haltiger Atmosphäre, Haltezeit variabel wenige Minuten bis 100h
Nitrocarburieren: T: 550-590°C , N- C- haltige Atmosphäre, Haltezeit wenige min- 5h
Abkühlung angepasst auf Zusammensetzung und Ausscheidungsverteilung
Verfahrensübersicht Nitrocaburieren
Pulvernitrocarburierung,
Salvbadnitrocaburieren
Gasnitrieren/ Gasnitrocaburieren
Plasma...
Vorteile Nitriere/Carbunitrieren gegenüber anderen Verfahren
- Härte der Schicht höher als Martensithärte
- höhere Verschleißbeständigkeit, da chem. inaktiv
- erhöhte Dauerschwingfestigkeit
- hohe Warmhärte bis 500°C→keine Gefügeänderung
- erhöhte Korosionsbeständigkeit
- keine nennenswerte Form und Maßänderung
- Kostenvergleich: geringer Energieeinsatz⇔ z.T. lange Behandlungszeiten
Nachteile Nitrieren/ Nitrocaburieren
- Rissgefahr bei Überbeanspruchung
- geringes Formänderungsvermögen d. Werkstoffe
- Verbindungsschicht sehr spröde→ Abplatzen bei Schlagbeanspruchung
- Schichtdicke kaum variabel
- Kostenvergleich (siehe Vorteile)
Bestimmung der Nitrierhärtetiefe
Diagramm HV0,5 über Randabstand
50 HV0,5 oberhalb der Kernhärte Abstand zur Oberfläche ablesen
Ziele Borieren
- Ausbildung sehr harter, verschleißfesten Boridschichten
- Idealzustand: einphasig, verzahnte Schicht mit Fe2B
-Anreicherung der Oberfläche mit Bor
technologisches Vorgehen beim Borieren
Verwendung für: unlegierte und legiere Stähle, Guss- und Sintereisen, Hatmetall, Ti, Ni
T: 800-1050°C
Haltezeit: 1-6 h max. 12h
meist in festen Boriermitteln unter Schutzgas H2
Verguüten: Härten und Anlassen T>450°C nach Borieren
Schichtaufbau beim Borieren
Verbindungsschicht: aus FeB u/o Fe2B (Härte bis 2100HV0,1)
Diffusionsschicht: B in Fe praktisch unlöslich→Kornvergröberung
C, N, Si, in Fe Boriden praktisch unlöslich→ Anreicherung unter der Verbindungsschicht
Diffusionsglühen Glühprozess
Temp: 1050°C - 1300°C
Haltezeit: 50h
langsames Abkühlen
Diffusionsglühen Ziel
Ausgleich von Knzentrationsunterschieden von Legierungelementen
Auflösen von versprödend wirkenden Korngrenzen Phasen
Überführung von unlöslichen Teilchen in abgerundete Form
Diffusionsglühen Nachteil
Gefahr von Verzunderung/ Entkohlung
Kornwachstum→Normalisieren notwenig
Auswirkungen von Gefügeinhomogenitäten im mikroskopischen Bereich
- Beeinflussen d. Kornwachstums
- Veränderung der Umwandlungstemperatur
- Beeinflussung Aufschmelzverhalten, Korrosionsverhalten
Auswirkung der Gefügeinhomogenitäten im makroskopischen Bereich
anisotrope mech. Eigenschaften
Veränderug Umformverhalten→ Seigerungsrisse
Veränderung Zerspaneigenschaften
Veränderung therm. Ausdehnunsverhältnisse
Veränderung magnetischer Eigenschaften
Welche Arten von seigerungen kennen Sie?
Mikroseigerung: Ausbildung von Zonenmk
Makro-/ Blockseigerungen: ungleichmäßiges Abkuhlen von Gussblöcken
Schwerkraftseigerung: durch Dichteunterschiede
Gefügeänderung nach Diffusionsglühen
Änderung der Eigenschaften:
Erhöhen von Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Brucheinschnürung
Glühprozess Spannungsarmglühen
Temp: unterhalb Ac1 (450-650°C) aber <als Anlasstemp.
Haltezeit: 1- 2stunden
sehr langsames Erwärmen und Abkühlen!
Ziel Spannungsarmglühen
- Abbau innerer Spannungen (Eigenspannungen)
- übrige Werkstoffeigenschaften sollen nicht verändert werden! keine Gefügeänderung!
Beachten: gleichmäßige Temp.verteilung im gesamten BT
Defiinition Eigenspannung
- statische Spannung im Werkstück ohne Einwirken von Kräften und Momenten
- Zug- und Druckeigenschaften befinden sich im Gleichgewicht
- Spannungsbeträge bis nahe Re mgl.
Ursache für Eigenspannungen:
- unregelmäßige Volumenänderung über dem Bauteilquerschnitt
lokale plastische Verformung
elast. Verspannung benachbarter Werkstoffbereiche
Entstehung von Eigenspannungen
- temperaturabhängige Phasenumwandlung
- Wärmetönung aufgrund der Phasenumwandlung
- Längenausdehnung aufgrund der Phasenumwandlung
- spannungsinduzierte Phasenumwandlung
- Wärmedehnung
- Umwandlung von Verformungs in Wärmeenergie
Ziele der Thermomechanischen Behandlung
- gezielte Einstellung von Gefüge und Eigenschaften durch Kombination von Wärmebehandlung und Umformung
- im Anschluss an Warmumformprozess: Warmwalzen o. Gesenkschmieden
- nach geregelter Abkühlung gebrauchsfertiger Werkstoff
prinzipieller Behandlungsablauf bei der Thermomechanischen Behandlung
1. Erwärmen im Ofen, Stranggießen
Bildung und Homogenisierung des Austenits
Auflösen von Nitrid- Carboniiridausscheidungen
Austenitkornwachstum
2. Umformen: Warmwalzen, Gesenkschmieden
Verformung (verfestigung- Einbringen von Gitterdefekten)
Kristallerholung (Umurdnung der Gitterdefekte)
Rekristallisation (Entestigung- Defektabbau durch Gefügeneubildung)
3. Abkühlung: Kühlstrecke
Ausscheidungsvorgänge
Anlassvorgänge
Technologisches Vorgehen bei der Termomech. Behandlung
3. Varianten:
1. Umformen des Austenits vor der Umwandlung in F/P/B/M
2. Umformen des Werkstoffes während der Umwandlung in P/B/M- Stufe
3. Umformen nach der Austenitumwandlung (nachfolgende Wärmebehandlung)
Welche 3 Verfahren zur Thermomech. Behandlung kennen Sie?
1. TG- Verfahren (temperaturgeregelt)
2. TM- Verfahren (thermomech. Umformen)
3. BY- Verfahren
Erklären Sie das TG- Verfahren (thermomech. Behandlung)
- temperatur geregeltes Walten o. HTMB
- Umformen im Gebiet des stabilen Austenits + schnelles Abkühlen
- Erzeugen eines feinkörnigen und gleichmäßigen Umwandlungsgefüges
→auf anschließendes Normalisieren wird verzichtet
Erklären Sie das TM- Verfahren! (thermomech. Behandlung)
- thermomech. Umformen NTMB oder Ausforming
- metastabiler Austenit wird umgeformt und ggf. in Martensitsufe umgewandelt
- sehr hohe Festigkeit in höher legierten Stählen
- Verzicht auf nachfolgendes Vergüten
