WT 04 - Eisenwerkstoffe

Der Werkstoff wird langsam (in 2 Phasen: Anwärmen und Durchwärmen) in einem Ofen od. Warmbad (Salze/Gase) erwärmt. Zusätzlich können bestimmte Elemente eindiffundieren. Wichtig ist die Temperatur, auf die erwärmt wird (Glüh- oder Härtetemperatur). Kern und Oberfläche erwärmen sich unterschiedlich schnell. Das Erwärmen bewirkt das Austenitisieren des Werkstoffs.

Das Abkühlen erfolgt mit einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit "v". Es erfolgen verschiedene Gefügeausbildungen abhängig von "v" (1. Gefüge nach dem EKD bei z.B. Glühbehandlungen oder 2. neue besondere Gefüge, die nicht im EKD sind und beim z.B. Vergüten, Einsatzhärten, Randschichthärten oder Härten zusatnde kommen. Abkühlmittel sind meist Härteöle und stömende Gase (Luft, Stickstoff)

Beim Anlassen werden die Bauteile wiedererwärmt für eine weitere Beeinflussung der Eigenschaften. Entscheidend ist die Anlasstemperatur (ca. 200°C-600°C), die jedoch niemals über der PSK-Linie liegen darf (723°C)!

1. Wasser kühlt den Werkstoff am schnellsten ab (der Graph ähnelt einer fallenden e-Funktion), 2. Öl, 3. Warmbad (z.B- Wasser-Polymer-Emulsion oder Salzbad), 4. Luft (kontinuierliches und langsames Abkühlen)

Glühbehandlungen (Grobkornglühen; Wichglühen; Normalglühen --> normlaes Gefüge, EKD; Spannungsarmglühen --> gegen innere Spannungen; Rekritallisationsglühen)

Das Vergüten soll die Festigkeit bei guter oder verbesserter Zähigkeit angepasst an die Einsatzbedingungen (z.B. schlagartige Beanspruchung) erhöht werden. Achtung: Festigkeit und Zähigkeit begleiten sich nicht, es wird die "goldene Mitte" gesucht.

Das (durchgreifende Härten) --> siehe vergleichend das Oberflächenhärten

Beim thermischen Verfahren werden ohne Veränderung der Zusammensetzung der Randschicht die Härte und die Verschleißfestigkeit an der Oberfläche eines Werkstücks erhöht (Randschichthärten). (siehe vergleichend das thermochemische Verfahren, bei dem sich bei gleichem Ziel jdoch die Zusammensetzung der Randschicht ändert)

Einsatzhärten und Nitrieren gehören zu dem thermochemischen Oberflächenverfahren um die Härte und Verschleißfestigkeit an der Oberfläche eines Werkstoffs zu erhöhen. Mit diesem Verfahren ändert man gezielt die Zusammensetzung der Randschicht (im Gegensatz zu thermischen Verfahren, bei dem die Zusammensetzung gleich bleibt).

I.d.R. wird eine Martensitbildung angestrebt, um die Härte und Festigkeit von Stahl zu erhöhen.

Ohne Anlassen ist der Stahl verspannter und hat dadurch eine geringer Lebensdauer. Das Anlassen erfolgt bei niedrigerer Anlasstemperatur (Stähle: ca. 150°C-200°C)

Abschrecken ist das Abkühlen des Werkstoffs mit einer Abkühlgeschwindigkeit v, die größer/gleich der kritischen Abkühlgeschwindigkeit vk (vk --> ein Sathlkennwert abhängig von der Stahlzusammensetzung) ist

Ablauf: Erwärmen der Randschicht durch stark gebündelte Wärmezufuhr (Induktion), sofortiges Abschrecken Gefüge: Martensitbildung, gehärtete Randschicht Eigenschaften des WT nach dem Verfahren: harte und verschleißfeste Randschicht, zäher/ weicher Kern, gute Dauerfestigkeit Bsp.: Induktions-, Flamm- und Laserhärten

Ablauf. Aufkohlen der Randschicht (der Kern hat anschließend weniger C), Härten, Anlassen Gefüge: Martensitbildung, gehärtete Randschicht Eigenschaften: harte Randschicht, sehr zäher Kern, gute Dauerfestigkeit Bsp: Pulver-, Gas- und Salzbadaufkohlen

Ablauf: Erwärmen in stickstoffabgegebenen Mitteln bei 500°C bis 600°C (im festen Zustand, Stickstoff muss eindiffundieren) Gefüge: Nitridbildung, naturharte Randschicht Eigenschaften: sehr harte Randschicht, zäher Kern, gute Dauerfestigkeit, verbesserte Korrosionsbeständigkeit Bsp: Gas-, Plasma-, Salzbadnitrieren

Kohlenstoffgehalt

Stähle

Gusseisen

häufiges Vorkommen (5%), hoher E-Modul (210000 Mpa), alltotrope Modifikation, kostengünstige Herstellung, Vielzahl von Legierungen, ferromagnetisch (Curie-Temperatur 769°)

Schwermetall (Dichte=7,87 g/cm3), Hochschmelzend (bei 1535°), weich und verformbar, hoher E-Modul, ferromagnetisch bis zu hohen Temperaturen

es gibt ?-Fe (krz, bis 911°), ?-Fe (kfz, bis 1401°) und ?-Fe (krz, ab 1401°)

Wärmebehandlung von Stählen

Kohlenstoff (tritt z.B. als Diamant und Graphit auf)

Es wird mit Koks zu Roheisen reduziert.

Wenn es mindestens 50% Eisen enthält.

a) C ist in Einlagerungsmischkrsitallen gebunden b) C ist in der intermetallischen Verbindung gebunden c) C liegt elementar als Graphit vor

krz-Gitter

Austenit

Ferrit und Zementit