Prüfungsvorbereitung Wärmebehandlung

Steilabfall in der Festigkeit

Erhöhung der Dehnung

Temp.:  mind. 150K oberhalb von Ac3 (950-1100°C)

Haltezeit abhängig von der Glühtemp. mehrere Stunden (1-4h)

abkühlen: langsam bei bei Kohlenstoffreichen Stählen

bei kohlenstoffarmen Stähle isothermes Halten bei ca. 650°C mgl.

Im Anschluss Normalisieren notwendig

- Einstellen günstiger Zerspanungseigenschaften für untereutektoid Stähle

- Verbesserung der Oberflächengüte und Maßhaltigkeit beim Spanen

Temp.: untereutektoide Stähle unlegiert : 30-50 K oberhalb Ac3

untereutektoide Stähle legiert: 50-100K oberhalb von Ac3

übereutektoide Stähle : 30-60 K oberhalb von Ac 1

Halten: muss optimiert werden Annäherung: t =20min + D/2 min oder 60+Dmax

Abkühlung: relativ langsam: Druckluft, Luft, Ofen

-einstellen eines mgl. gleichmäßigen, globulitischen, feinkörnigen Gefüges

- bei unlegierten Sählen: Optimum zw. Zähigkeit und Festigkeit.

- beseitigen von Vorbehandlungszuständen z.B. Kaltverformen, Grobkornglühen

- Ausgangsgefüge für nachfolgendes Vergüten

-Vergleichgefüge zur Werstoffcharakterisierung

untereutektoider Stahl: Umwandlung von Perlit in feinkörnigen Austenit über Ac1→feinkörniges Austenitisches Gefüge→ abkühlen Ar1 feinkörnige Ferritausscheidungen an den Austenitkorngerenzen.

übereutektoider Stahl: Kongrenzenzementitnetzwerk Erwärmung über Ac1→ feinkörniges austenitisches Gefüge mit Zementitauscheidungen an den Korngrenzen→abkühlen Ar1 aus Austenit wird Perlit Korngrenzenzementit bleibt erhalten.

Temp.: untereutektoide Stähle: dicht unterhalb von Ac1

übereutektoide Stähle: pendelnd um Ac1

Haltezeit: sehr lang 100h

Abkühlung: langsam

- geziehlte Veränderung der Carbidform

- Aufgangszustand für spanlose Verarbeitung

- Ausgangszustand für das Härten

- Ausgangszustand für spanende Weiterverarbeitung

Ausgangszustand: lamellarer Zementit

→ Zwischenstadium: lokale Auflösung der Zementitlamellen/Carbide Vorstufe der Austenitisierung

→Endzustand: kugeliger Zementit: Gefüge mit eingeformten Carbiden: Zustand mit geringer Energie (Grenzflächen minimiert)

1. für legierte Stähle: kurzzeitig Erwärmen dicht über Ac1 danach geregelnte Ofenabkühlung bis dicht unter Ac1

2. Prozessverkürzung: deutliches Erwärmen über Ac1 kurz halten, geregelte Ofenabkühlung bis dich unter Ac1 →Halten

3. für gehärtete Gefüge: Prozessverkürzung bzw Nachbearbeitung: kurzzeitiges Austenitisieren, Abschrecken, Anlassen dicht unter Ac1

4. für verformtes Gefüge: glühen dicht unter Ac1 oder thermomech. Behandlung

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

übereutektoide unlegierte Stähle: 30-60K oberhalb Ac1

Haltezeit: optimiert t= 20+ D/2 oder Dmax D in mm

Abschrecken: in Öl, Wasser, Luft

Anlassen: bei geringer Temperatur 100-300°C

haltezeit>60 min; langsames Abkühlen

- einstellen eine gleichmäßigen Härtegefüges mit max. Härte, Festigkeit→ martensitisches Gefüge

- Kohlenstoff wird im Martensitgitter zwangsgelöst→tetragonale Verzerrung

- mgl. kein Restaustenit

- neben höchster Festigkeit, ausreichende Zähigkeit

- Gefahr der Enstehung von Eigenspannungen und Härterissen bei schnelle Abkühlung

- Ursache: Wärmespannungen und Umwandlungspannungen durch ungleichmäßiges Abkühlen

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