Beschreibe den Prozess der Ausscheidungshärtung.
Lösungslühen: Lösen aller Atome der zweiten Sorte in einem homogenen Mischkristall (MK)
Abschrecken (=Altern): Unterkühlen des MK
Auslagern (=Altern):
-> Halten bei einer für den Werkstoff charakteristischen temperatur, damit thermisch aktivierte Vorgänge kontrolliert ablaufen.
Wärmebehandlungen, die ein Ungleichgewichtsgefüge erzeugen bei langsamer Abkühlung.
Ausscheidungsvorgänge im Kristallgitter bei langsamer Abkühlung
Wärmebehandlungen, die ein Ungleichgewichtsgefüge erzeugen bei schneller Abkühlung.
Was sind die Vorraussetzungen für eine Ausscheidungshärtung?
Auftreten vom homogenem MK bei höheren Temperaturen.
Ausscheidung einer zweiten Phase bei langsamer Abkühlung.
Abschreckbarkeit (der MK muss bei tieferen Temperaturen in übersättigter Form erhalten werden können).
Worin unterscheidet sich die Ausscheidung von der Phasenumwandlung?
Ausscheidung
GGW-Phasenumwandlung
Beispiele
z.Bsp. AlMgS, AlCu, 19MnVS6
z.Bsp. kfz-Fe wird bei Abkühlung zu krz-Fe
Unterschiede
Entstehung einer kleinen homogenen Phase, feinverteilten der “alten” Phase
“Alte” Phase: Änderung der chemischen Zusammensetzung
“Alte” Phase verschwindet völligm dadurch entsteht die “neue” Phase
Gemeinsamkeiten
Bildung einer neuen Phase
Wärmebehandlungen, die ein GGW-Gefüge erzeugen (Teil 1/2)
Art
Temperatur [°C]
Glühzeit [h]
Zweck
Diffusionsglühen
1.050 - 1.020
50
Abbau von kristallseigerungen (Stahlguss, Werkzeugstähle)
Grobkornglühen
950 - 1.100
1-4h
Auflockerung des Perlitgefüges, Verbesserung der Zerspannbarkeit
Normalglühen
<0,8% C:
30°-50° über Ac3
je nach Dicke
feinkörniges Gefüge mit fein-lamellarem Perlit
30°-50° über Ac1
Weichglühen
2-25h
köringes Perleit bzw. Zementit, Verbesserung der Zerspannbarkeit und Kaltverformbarkeit der Werkzeugstähle
Pendeln um Ac1 +-20°
Wärmebehandlungen, die ein GGW-Gefüge erzeugen (Teil 2/2)
Rekristallisationsglühen
500-700
bis zu 2h
feinkörniges, homogenes Gefüge nach vorausgegangener Verformung
Spannungsarmglühen
550-650
bis zu 20h
Verringerung von Eigenspannungen (nach Schweißen, Gießen,….)
In welche Kategorien werden Wärmebehandlungsverfahren unterteilt?
Thermische Verfahren
Thermisch-chemische Verfahren
Thermisch-mechanische Verfahren
Was haben alle Wärmebehandlungsverfahren gemeinsam?
Erwärmen auf SOLL-Temperatur
Halten
Abkühlen
Welche Eigenschaftsänderungen können durch Wärmebehandlung erzeilt werden?
Verbesserung der Zerspanbarkeit
Verbesserung der Umformung
Änderung der Festigkeit (Erhöhung oder Verringerung)
Gefügehomogenität
Auswirkung der Kaltvermung beseitigen
Eigenspannungen verringern
Korngrößenänderung
Wodurch kommen die Änderungen der Werkstoffeigenschaften bei Wärmebehandlungen zustande?
Umwandlung von Gefügeanteilen
Anstreben des GGW-Zustand (z.Bsp. Normalglühen)
Anstreben eines Ungleichgewichtszustands (z.Bsp. Härten)
Änderung der Größe, Form und Anordnung der Gefügebestandteile
Abbau innerer Spannungen
z. Bsp. Anlassen oder Spannungsarmglühen
Worin unterscheiden sich das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm und das Zeit-Temperatur-Schaubild?
FeC-Diagramm - Gleichgewicht (GGW)
ZTV-Schaubilder -> Umwandlung des Austenits
Warum wendet man Wärmebhandlungen an?
Zur Erzielung von spezifischen Eigenschaftsänderungen
Was versteht man unter dem Begriff “Härten”?
Unter dem “Härten” eines Stahls versteht man allgemein die Umwandlung des Austenits zum Härtungsgefüge Martensit.
Die Ferrit- Perlit- und Brainit-Umwandlung wird dabei unterdrückt.
Wozu dient das Härten eines Stahls?
Oberflächenhärten
Vergüten (Härten + Anlassen)
Durchärtung (z. Bsp. Baggerschaufel)
Beschreibe den Prozess des Abschreckhärtens.
Härtetemperatur (Austenitisierungstemperatur)
< 0,8% C => Härtetemperatur ca. 50° C > Ac3
> 0,8% C => Härtetemperatur ca. 50° C > Ac1
Wie lautet die Definition der “Aufhärtbarkeit” nach DIN 17021-1?
Aufhärtbarkeit
In einem Werkstoff durch Härten unter optimalen Bedingungen erreichbare höchste Härte.
Wie lautet die Definition der “Einhärtbarkeit” nach DIN 17021-1?
In einem Werkstoff durch Härten unter optimalen Bedingungen erreichbare größte Einhärtungstiefe.
Nenne die Abkühlmedien mit der entsprechenden Abkühlgeschwindigkeit in [°C/s].
Medium
Abkühlgeschwindigkeit [°C/s]
Pressluft
Öl
400
Wasser
1.500
Kochsalzlösung
3.000
Beschreibe den Prozess des Warmbadhärtens.
Warmbadhärten
Austenitisieren
Abschrecken in Öl-, Salz- oder Metallbad T > Ms
Ausgleichen
Abkühlen an Raumtemperatur
Wozu dient das “Warmbadhärten”?
Das Warmbandhärten führt zu einem Abbau der thermischen Spannungen.
Wie verläuft die Härte in Rockwell im Stahl mit steigendem Kohlenstoffgehalt im martensitischem Gefüge?
Die Härte nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt im Martensitgefüge zu (bis 0,6% C).
Härte = f (C im Martensit)
Wozu dient das Oberflächenhärten?
Mit dem Oberflächenhärten erreicht man
einen hohen Verschleißwiderstand an der Oberfläche
zähen Kern
Beschreibe den Prozess des Oberflächenhärtens.
Die Oberfläche wird rasch in den austenitischen Bereich erwärmt (ca. 1.000° C).
Die oberfläsche wird sofort abgekühlt (z.Bsp. mit Wasserbrause).
Welche Verfahren werden für das Oberflächenhärten angewendet?
Flammhärten
Tauchhärten
Indusktionshärten
Laserstrahlhärten
Beschreibe den Prozess und die Eckdaten des Flammhärtens.
Erhitzen mit einer Acetylen-Sauerstoffflamme.
Abschrecken mit Wasserbrause
Einhärttiefe: 2 …. 10 mm
Anwendung: geometrisch einfache Formen (eben, rotationssymmetrisch)
Beschreibe den Prozess und die Vor- und Nachteile des Tauchhärtens.
kurzzeitiges Eintauchen in Salz- oder Metallschmelze
Vorteil:
geringe Anlagen- und Energiekosten
für komplizierte Geometrien geeignet
Nachteil:
Gefahr der Durchhärtung
keine gleichmäßig gehärtete Randzone
Beschreibe den Prozess des Induktionshärtens.
Induktionshärten
Bauteiloberfläche wird induktiv erwärmt mit einer Induktionsschleife als Primärspule.
Welche Vor- und Nachteile hat das Induktionshärten?
Vorteile
Nachteile
genaue Steuerung der Eindringtiefe
hohe Anlagekosten
=> nur für Serienfertigung geeignet
genaues örtliches Härten möglich
hohe Energiekosten
kurze Härtzeiten
nur bei einfacher Geometrie möglich
geringer Härteverzug
Beschreibe des Prozess des Laserstrahlhärtens.
Schnelle örtliche Erwärmung auf >1.000° C
Austenitisierungszeit: 3-10 s
Abschrecken der Härtezone direkt aus dem Werkstoff durch Selbstabschreckung.
Meist keine Wärmebehanldung notwendig.
Was sind die Vor- und Nachteile beim Laserstrahlhärten?
Einhärtungstiefen bis zu max. 3mm
hohe Investitionskosten
Breite der gehärteten Bahnen:
2…25 mm
geringer Verzug
Automatisierung komplizierter Bahnen
Beschreibe den Prozess des Einsatzhärtens.
Einsatzhärten
Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes in der Randschicht durch Aufkohlen (=Einsetzen).
Diffusion des C in das Innere des Werkstücks. Dicke der aufgekohlten Schicht = f (t, T)
Härten
Welche Aufkohlungsverfahren gibt es?
Pulveraufkohlen
Salzbadaufkohlen
Gasaufkohlen
Beschreibe den Prozess des Vergütens.
Vergüten
Härten (Austenitisieren und Abschrecken)
Anlassen (Widererwärmen auf Temperaturen unterhalb Ac1
Ziel des Vergütens: Optimale Kombination von Festigkeit und Zähigkeit.
Nenne die Anlassstufen beim Anlassen von Martensit.
Anlassstufe (100 °C - 250 °C)
Umlagerung der C-Atome auf günstigere Zwischengitterplätze
tetragonaler Martensit => kubischer Martensit
Ausscheidung von Epsilon-Karbiden (Fe^2C)
Anlassstufe (250 °C - 325 °C)
Umwandlung des Restauastenits in Bainit oder Martensit (kubisch)
Anlassstufe (325 °C - 400 °C)
Ausscheidung des gesamten Kohlenstoffs als Fe^3C
Umwandlung von Epsilon-Karbiden (=Fe^2C) in Fe^3C
Anlassstufe (>400°C)
Zusammenballung vin Fe^3C (Koagulation)
zu größeren mikroskopsichtbaren Karbiden
Beschreibe den Einfluss der Anlasstemperatur auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften.
Nenne typische Bestandteile von Vergütungsstählen nach DIN10083.
Element
Anteil
Beispiel für Stahlkombination
C
0,3 …. 0,5 %
C45E
Mn
0,5 …. 1,6 %
28Mn6
Cr
bis 2 %
42CrMo4
Mo
bis 0,5 %
20MnB5
Ni
bis 4,1 %
50CrMo4
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