Werkstofftechnik 2

Durch Zugabe von LE wird meist der Diffusionskoeffizient des Kohlenstoffs herabgesetzt. Der Stahl wird somit unwandlungsträger, sprich die "Umwandlungsnasen" im ZTU-Diagramm verschieben sich nach rechts.

LE verbessern somit die Härtbarkeit!

Wasserhärtend: die notwendigen Abkühlgeschwindigkeiten werden bei größeren Querschnitten nur noch an der Oberfläche erreicht --> hohe Randhärten bei hoher Kernduktilität (Schalenhärter)

Ölhärtend: größere Einhärtung

Lufthärtend: sehr niedrige kritische Abkühlgeschwindigkeit erlaubt Durchhärten auch großer Querschnitte an der Luft

Kohlenstoff verzögert die diffusionskontrollierten Umwandlungsreaktionen. Zudem sinken die Temperaturen der Martensitbildung (M_s und M_f).

Begründung: Die Verzerrungsenergie ist um so größer, je höher die C-Konzentration ist.

Konsequenz: Ab C-Konzentration ab 0,7% liegt die M_f-Temperatur unterhalb der RT. Somit bleibt Austenit im Gefüge erhalten

Da der Austenit weicher ist als Martensit nimmt die Härte von Proben die aus dem Austenitgebiet auf RT abgeschreckt werden mit zunehmendem C-Gehalt wieder ab.

Dies kann passieren, in dem eine Austenitierung übereutektoider Stähle nur etwas oberhalb von A₁ erfolgt. Damit bleibt Zementit erhalten und die gelöste C-Konzentration ist auf Werte unter 0,9% beschränkt.

Eine zylindrische Probe wird austenitisiert und an der Stirnfläche durch Wasser abgeschreckt. Die Abkühlgeschwindigkeit nimmt bei dieser Stirnabschreckung mit zunehmendem Abstand von der Stirnfläche ab, so dass lokal im kontinuierlichen ZTU-Diagramm unterschiedliche Abkühlkurven durchlaufen werden.

1. Direkthärtung
2. Warmbadhärtung
3. Zwischenstufenvergütung
4. Thermomechanische Behandlung
5. Tieftemperaturbehandlung

Direkte Abkühlung von Austenitierungstemperatur auf RT.

--> Kann zu starken Wärme- und Umwandlungsspannungen führen

Zur Vermeidung von Eigenspannungen wird in zwei STufen abgekühlt. In der ersten Stufe dient ein Warmbad (Salz- oder Metallschmelze) mit T>M_s als Kühlmedium. Danach wird eine entsprechende Haltezeit eingehalten u, Wärmespannungen abzubauen. Daraufhin erfolgt die zweite Abühlstufe in welcher die Martensitbildung stattfindet.

(Es wird um die Nase herum wärmebehandelt)

Die Abkühlung erfolgt in zwei Stufen. Eine lange Haltezeit führt zur Zwischenstufe (Bainit). Eine anschließende Anlassbehandlung kann dadurch entfallen.
 

die thermische Behandlung wird durch gezielte Verformung ergänzt (z.B.: Austenitformhärtung)

Zur Vermeidung von Restaustenit wird in flüssigen CO₂ (-79°C) oder flüssigen N₂(-196°C) mehrere Stunden gehalten.

Durch Randschichthärtung:

1. thermische Oberflächenbehandlung

2. thermisch-chemische Verfahren

Wenn die Randschichtzusammensetzung nicht verändert werden soll, kann eine Härtung erfolgen indem man:

- nur den Rand in das Austenitgebiet erwärmt

- nur im Rand die kritische Abkühlgeschwindigkeit erreicht.

Beispiel: Flammhärten, Induktionshärtung, Impulshärtung.

Aus einer gasförmigen, flüssigen oder festen Umgebung werden C- und/oder N- oder B-Atome auf die Werkstückoberfläche übertragen, welche dann in die Randschicht diffundieren, was dann in einer Härtung resultiert.

Beispiel: Einsatzhärten, Nitrieren, Karbonitrieren, Plasmanitrieren

Der Randbereich eines Stahl mit einem C-Gehalt <0,2% wird aufgekohlt auf 0,8%, wo dieser dann gehärtet werden kann.

Es entsteht eine Nitrierschicht, die aus einer dünnen Verbindungsschicht und einer
Diffusionsschicht besteht. In der Diffusionsschicht liegt Stickstoff zwangsgelöst im
Mischkristall vor (hohe Abkühlgeschwindigkeit), oder wird in Form von Nitridnadeln
ausgeschieden. Nitrierstähle enthalten Nitrid- oder Karbonitridbildende Elemente,
deren Verbindungen sehr hart sind und einen guten Verschleißwiderstand
hervorrufen.

Zugabe von z.B. 15% SiC-Partikel

--> Verbundwerkstoff

1. kohärent

2. teilkohärent

3. inkohärente Aussscheidung