Prozessketten 1 + 2

Verfestigung:

• Prozess, bei dem das Material seine Struktur ändert, um fester zu werden, ohne eine Veränderung in seiner chemischen Zusammensetzung

• Methoden: Kaltverfestigung, Warmverfestigung und Gefügeverfestigung.

Härten:

• Prozess, bei dem das Material durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur und anschließendes schnelles Abkühlen (Abschrecken) verfestigt wird. Dadurch wird die metallische Struktur verändert, um die Härte und Festigkeit des Materials zu erhöhen.

Bedarfe für den Prozessschritt Stahl Herstellung

Stahlherstellung in D (2011)

Stahlverarbeitung in D (2020)

Energiebedarf bei der Rohmaterialherstellung (D)

Energiebedarf bei der Rohstahlherstellung (D)

Bedarfe für den Prozessschritt Umformen

Bedarfe für den Prozessschritt Weichbearbeitung

Bedarfe für den Prozessschritt Reinigen und Zwischenlagern

Bedarfe für den Prozessschritt Wärmebehandlung

Bedarfe für den Prozessschritt Hartfeinbearbeitung

HFB bezieht sich auf die Bearbeitung von Werkstücken, die bereits eine Härtebehandlung durchlaufen haben. Ziel: hochpräzise Oberflächen herzustellen, die den spezifischen Anforderungen an Maßgenauigkeit, Oberflächengüte und Formgenauigkeit entsprechen.

Energiebedarfe der Prozesskette

Möglichkeiten der Anpassung von Prozessketten

Alternative Prozesskette 1 - Schleifhärten

ZTV beschreibt, wie sich die Temperatur an der Oberfläche des Werkstücks im Verlauf der Zeit während des Schleifhärtens ändert.

Schleifhärten wird oft in Kombination mit dem Profilschleifen angewendet, um die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit von bestimmten Bereichen des Werkstücks gezielt zu verbessern.

Methoden für das mechanisch induzierte Härten, darunter:

1. Walzen (Warm/Kalt)

2. Hämmern: wiederholte Einwirkung von Schlägen verfestigt Oberfläche

3. Strahlen: (Kugel- oder Sandstrahlen) wird Werkstück mit Körnern/Sand beschossen. Dies führt zu einer plastischen Verformung und Verfestigung der Oberfläche.

4. Schleifen: Material von Oberfläche abgetragen, was zur Verdichtung & Verfestigung führt.

Beziehung zwischen der freien Enthalpie (G) und dem Gefügezustand eines Materials.

• Die freie Enthalpie ist ein Maß für die Energie, die für Veränderungen in einem System verfügbar ist, während der Gefügezustand die Struktur des Materials beschreibt.

Dabei gibt es zwei wichtige Punkte:

1. Metastabiler Zustand: Dies bedeutet, dass das Material in einem Zustand relativer Energieminimierung ist, jedoch nicht im Zustand absoluter Stabilität. Es ist energetisch günstiger, aber nicht vollständig stabil.

2. Stabiler Zustand: Ein weiterer Tiefpunkt im Graphen repräsentiert einen stabilen Zustand des Materials. Dies ist der Zustand, in dem das Material eine minimale freie Enthalpie aufweist und somit in einem Zustand relativer und absoluter Stabilität ist.

Der Bereich zwischen dem metastabilen und dem stabilen Zustand repräsentiert die Aktivierungsenergie, die erforderlich ist, um das Material von seinem metastabilen Zustand in seinen stabilen Zustand zu überführen.

• Wenn das System Energie aufnimmt (z.B. durch Wärmebehandlung oder Verformung), steigt die freie Enthalpie an, und das Gefüge durchläuft einen Prozess der Umwandlung zu einer stabileren Phase. Dieser Übergang ist mit einer Erhöhung der freien Enthalpie verbunden, bis das System einen Punkt erreicht, an dem das Gefüge in einem stabilen Zustand ist.

• Ein Beispiel für einen solchen Graphen könnte die Umwandlung von Austenit zu Martensit in der Stahlhärtung sein. Während des Abschreckens wird der Austenit schnell abgekühlt, was zu einer metastabilen Phase führt. Die freie Enthalpie steigt an, während das Gefüge in Richtung Martensit übergeht. Bei weiterer Temperaturbehandlung oder Anlassen kann der Martensit in eine stabilere Phase umgewandelt werden, wodurch die freie Enthalpie weiter erhöht wird und das Gefüge seinen stabilen Zustand erreicht.