WT 04 Eisenwerkstoffe

es gibt alpha-Fe (krz, bis 911°), beta-Fe (kfz, bis 1401°) und delta-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 (Zementit) c) C liegt elementar als Graphit vor (nur bei Gusseisen)

krz-Gitter (Gitter hat mehr Lücken als das kfz-Gitter, daher 100mal höhere Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff)

Austenit (Die Oktaederlücke (Leerstelle) im kfz-Gitter ist größer als im krz-Gitter, daher höhere Löslichkeit für Kohlenstoff)

Ferrit und Zementit

Für unlegierte Stähle.

*Kohlenstoffgehalt: 0,8 % *Kristallgemisch aus Ferrit und Zementit *krz-Gitter *lamellenartig

Ab 723° C

Liquidus- und Solidus-Linie (Liquiduslinie: Beginn der Erstarrung, Soliduslinie: Abschluss der Erstarrung)

Sie ist unabhängig von dem C-Gehalt und geschieht immer ab einer Temperatur von 723° C.

Je feiner das Gefüge, desto größer die Härte.

Es entsteht weniger Ferrit und Perlit wird feinstreifiger : Steigerung der Festigkeit! Je höher die Abkühlgeschwindigkeit, desto feinsteifiger wird das Perlit, umso höher werden Festigkeit und Härte

Eine geringe Abkühlgeschwindigkeit.

Die untere kritische Abkühlgeschwindigkeit v u krit.

Bei der Temperatur M s

Mischkristall, krz-Anordnung, hart und spröde, übersättigt mit C

Es zeigt für genau einen Stahl die Gefügeausbildung in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit an.

Im Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm können die Gefügeentwicklung bei unterschiedlichen Temperaturverläufen während des Härtens verfolgt werden. Bei Raumtemperatur sind der Härtewert und die Zusammensetzung des Endgefüges ablzulesbar.

Eine Umwandlungslinie grenzt einen Gefügebestandteil (z.B. Austenit) von einem anderen ab (z.B. Perlit). In dem Bereich zwischen den Umwandlungslinien wird Austenit in den jeweiligen Gefügebestandteil umgewandelt (bei kontinuierlich sinkender Temperatur).

Verfolgt man den Verlauf entlang der Abkühlungslinie, können eine oder mehrere Umwandlungslinien überschritten werden. In jedem Umwandlungsbereich ist eine Prozentzahl angegeben, die angibt, wie viel Austenit in den jeweiligen Gefügebestandteil (z.B. Perlit) umgewandelt wird. Die verbleibenden Anteile werden am Ende zu Martensit umgewandelt und eine genaue Zusammensetzung des Gefüges ist ablesbar.

Die Abkühlungslinie gibt an, in welcher Zeit ein Werkstoff von der Austenitisierungstemperatur (z.B. 830°C) auf Raumtemperatur abkühlt. Um das ZTU-Diagramm richtig zu lesen, ist der Verlauf der Abkühlunslinien entscheidend.

Durch Wärmebehandlung erfolgt eine Anpassung der Werkstoffeigenschaften an die Einsatzbedingungen. Vor allem Bauteile aus Stahl werden wärmebehandelt.

Durch gezielte Beeinflussung des Gefüges: 1. Durch Veränderung der Korngröße und/oder -form. 2. Durch Erzeugung neuer Gefügearten

Festigkeit (Re, Rp, Rm), Härte (HB, HV, HRC), Verformbarkeit (A,Z), Zähigkeit (Kv), Dauerfestigkeit, Zerspanbarkeit

1. Erwärmen (+Halten) 2. Abkühlen 3. Anlassen

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 : normales Gefüge, EKD ; Spannungsarmglühen : gegen innere Spannungen; Rekritallisationsglühen --- keine Martensitbildung!)