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21. Wärmebehandlung von Stahl Flashcards

(50 cards)

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1
Q

Was für Arten von Wärmebehandlung bei Stählen gibt es?

A

Glühverfahren (Gleichgewichtswärmebehandlung), Härten bzw. Vergüten (Ungleichgewichtsgefüge/ Martensit), Randschichtverfahren (Oberfläche)

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2
Q

Diagramm: Temperaturbereiche für das Glühen von Stählen

A
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3
Q

Definition Wasserstoffarmglühen

A

Werkstücke werden über mehrere Stunden zwischen 200 und 250 Grad gehalten. Ziel ist Beseitigung von Wasserstoff. Atomarer Wasserstoff wird durch Schweißen oder einige Beschichtungsverfahren frei und löst sich im Eisengitter (hoher Diffusionskoeffizient). Sehr schädlich, da Wasserstoff an Gitterfehlstellen zu h2 rekombiniert und dort Poren bildet –> Ausgangspunkt für Risse.

Wasserstoff verschwindet schon bei niedrigeren Temperaturen wieder aus dem Stahl (hoher Diffusionskoeffizient), so lange der Konzentrationsgradient zwischen Stahl und Ofenatmosphäre stimmt

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4
Q

Definition Spannungsarmglühen

A

Ziel: Beseitigung von Eigenspannungen, Temperaturbereich von 450 bis 600 Grad –> Fließgrenze wird deutlich abgesenkt und lokale plastische Verformungen können so innere Spannungen auf das Niveau der Warmdehngrenze bzw. Warmstreckgrenze reduzieren. Oberhalb von 650 Grad verzundert Oberfläche bei Glühung an Luft (Alternativ Schutzgas)

A1 - Temperatur wird nie überschritten

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5
Q

Definition Eigenspannungen

A

Kaltumformen, Spanen, Wärmebehandlung oder Schweißen
Eigenspannung sind Spannungen, die im Gleichgewicht stehen (ohne äußere Kräfte) –> Nutzbare Festigkeit sinkt

Höhe der Eigenspannung bestimmt durch Fließgrenze

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6
Q

Definition Weichglühen

A

Ziel: Reduzierung der Festigkeit für nachfolgenden Fertigungsschritt (spanende Bearbeitung oder Kaltumformung)

Unterscheidung zwischen 1. Weichglühung zur Rekristallisation nach Kaltverformung und
2. Weichglühung zur Beseitigung martensitischer oder bainitischer Gefügebestandteile vor der Zerspanung

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7
Q

Definition Weichglühung nach Kaltverformung

A

Wird durch Rekristallisationstemperatur bestimmt –> Bildung feinkörniger Gefüge

Für Ferristisch-Perlitische Stähle gute Ergebnisse für Temperaturen unterhalb eutektoiden Temperatur

Gründe für Härtereduktion: 1. Abzug gelöster Elemente aus ferristischer Phase reduziert Mischkristallhärte 2. Einformung der lamellenförmigen Karbide des Perlits zu Kugeln (Glühen auf kugeligen Zementit bzw. GKZ)
3. Durch lange Glühzeiten vergröbern die Karbide durch Ostwald-Reifung

Hohe Temperaturen notwendig bei austenitischen Stählen

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8
Q

Definition Weichglühung zur Beseitigung martensitischer oder bainitischer Gefügebestandteile

A

Auswahl der Zeit-Temperatur-Kombination in der Nähe der Ferrit-Perlit-Nase, die zur kürzesten Glühdauer führt (ZTU - Diagramm)

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9
Q

Definition Diffusionsglühen

A

Homogenesierung von Kristallseigerungen. Glühung bis knapp unterhalb Solidustemperatur.

Nicht anwendbar für Blockseigerungen (zu lange Zeiten: 100 bis 1000 Jahre)

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10
Q

Definition Normalglühung

A

Einstellung feinlamellarer Perlit. Glühung oberhalb der Linie GSK –> vollständige Auflösung eutektoid gebildeten Zementits. Es entsteht feines Austenitkorn, wodurch viele Keimstellen an den Austenitkorngrenzen vorhanden sind, wenn die anschließende eutektoide Umwandlung beginnt (Abkühlung).

–> wirkt insgesamt kornfeinend und zähigkeitssteigernd

Normalglühung sinnvoll für undefiniert abgekühlte unlegierte oder niedriglegierte ferristisch-perlitische Stähle
Nicht sinnvoll für höher legierte Stähle wenn sich bei der Abkühlung Martensit oder Bainit bildet

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11
Q

Definition Lösungsglühen

A

Anwendung: vorwiegend hochlegierte Stähle
Beseitigung von Ausscheidungen (unerwünschte Karbide oder intermetallische Phasen) durch Halten bei hohen Temperaturen. Abschrecken danach in Wasser verhindert erneute Ausscheidung unerwünschter Phasen

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12
Q

Was ist Härten?

A

Bildung von Martensit

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13
Q

Was ist Anlassen?

A

Glühen von gehärteten Bauteilen bei niedriger Temperatur –> Erhöhung der Zähigkeit

Mit der Wahl der Anlasstemperatur kann man völlig verschiedene Bauteile herstellen (Werkzeug, Feder oder Antriebswelle)

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14
Q

Definition Vergüten von Stahl

A

Kombination aus Härten und Anlassen

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15
Q

Welche Prozessparameter muss man beim Härten gezielt einstellen?

A

Austenitisierungstemperatur (Härtetemperatur) und Abkühlgeschwindigkeit

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16
Q

Voraussetzung für eine vollständige Martensitbildung

A

Abkühlkurve darf nicht durch die Felder der Ferrit-, Perlit- oder Bainitbildung laufen (Kontinuierliches ZTU-Diagramm)

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17
Q

Warum kann man nicht eine belieb kleine Abkühlgeschwindigkeit nehmen, sodass man immer zu 100% Martensit bildet

A

Während des Abschreckens entstehen thermische Spannungen, die Härterisse initiieren können

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18
Q

Welche Abkühlmedien gibt es?

A

Ofenabkühlung, Abkühlen bei ruhender oder bewegter Luft, Hockdruckgasabschreckung, Ölbad und Wasserbad

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19
Q

Was ist die Wärmebadhärtung und Zwischenstufenvergütung?

A

Durch Halten einer Temperatur (Mit Salzbädern) oberhalb von Ms (Martensitstarttemperatur) werden spezielle Abkühlverläufe realisiert.

Ziel ist der Abbau von thermischen Spannungen vor der Initiierung der martensitischen Umwandlung.

Die Zwischenstufenvergütung führt zu einer bainitischen Phasenumwandlung –> vorteilhafte Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit für manche Anwendungen

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20
Q

Warum kühlt man bei der Umwandlung zu Martensit nicht beliebig weit runter, sodass auf jeden Fall die Martensit Finisch Temperatur erreicht ist?

A

Bei der Tiefkühlbehandlung können sich Risse bilden

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21
Q

Was bestimmt die obere Kritische Abkühlgeschwindigkeit bei der Härtung

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A

Größe der Querschnitte, die maximal durchgehärtet werden können

22
Q

Definition Aufhärtbarkeit und Einhärtbarkeit

23
Q

Probe Stirnabschreckversuch nach Jominy

24
Q

Härteverlauff einer Jominy Probe nach Abschrecken

25
Vertreter Gruppe Vergütungsstähle
unlegierte C-Stähle von C30 bis C60 mit 600 bis 800 N/mm² und chromhaltige Stähle mit 0,5 bis 2 mol prozent Cr und einer Festigkeit von 800 bis 1400 n/mm²
26
Warum haben legierte Stähle eine geringere kritische Abkühlgeschwindigkeit?
Im ZTU- Diagramm werden die Ferrit-Perlit-Nase und die Bainit-Nase zu langen Zeiten verschoben
27
Wie viele Anlassstufen gibt es?
5
28
0. Anlassstufe
unterhalb von 100°C diffundieren C-Atome in Fehlstellen des Kristallgitters --> Reduktion Gitterverspannung
29
1. Anlassstufe
> 100°C Ausscheidung Übergangskarbid (Fe2C) aus dem Martensit
30
2. Anlassstufe
> 180°C Kohlenstoff, der im Austenit gelöst ist, kann Karbide bilden 1. Möglichkeit: Bei Glühtemeperatur unter MS Umwandlung von vorhandenem Restaustenit in Martensit 2. Möglichkeit: bei stärkerer Karbidbildung oder höheren Temperaturen Umwandlung von Restaustenit in Bainit oder sogar Ferrit Falls sich eine große Menge Martensit bildet, muss der Werkstoff ein zweites Mal angelassen werden
31
3. Anlassstufe
>300°C Übergangskarbid aus der 1. Stufe geht in Zementit über --> Reduzierung Gitterverzerrung durch Entzug Kohlenstoff aus Martensitgitter --> Senkung der Härte und Steigerung der Zähigkeit
32
4. Anlassstufe
>400°C Bildung von kleinsten, fein verteilten Sonderkarbiden --> Festigkeitssteigerung (Zunahme der Härte im Gegensatz zu den anderen Anlassstufen) wird auch Sekundäranlassen genannt. Härte kann größer als direkt nach dem Abschrecken sein
33
Was sind die Blau- und Anlasssprödigkeit?
Temperaturbereiche, in denen beim Anlassen die Härte sinkt aber die Zähigkeit nicht steigt.
34
Was bestimmt die maximale Aufhärtbarkeit?
Kohlenstoffgehalt
35
Wodurch kann die Einhärtbarkeit gesteigert werden
Zugabe von Legierungselementen (Cr, Mo, Ni, V)
36
Was bewirkt eine martensitische Umwandlung der Oberfläche?
Druckspannungen auf der Oberfläche --> verbesserte Schwingfestigkeit
37
Diagramm: Eigenspannungsprofil nach dem Randschichthärten
38
Randschichtverfahren mit Änderung der chemischen Zusammensetzung
Einsatzhärten und Nitrieren
39
Randschichtverfahren ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung
Randschichthärten in den Varianten Flamm- und Induktionshärten
40
Einhärtungstiefe Rht
Mindesttiefe, bei der die gemessene Härte 80% der Oberflächenhärte beträgt
41
Einsatzhärtetiefe Eht
Tiefenmaß, bei dem eine Mindesthärte von 550 HV gemessen wird
42
Nitrierhärtetiefe Nht
Tiefe unterhalb der Oberfläche, in der die erhöhte Randschichthärte 50 HV oberhalb der Kernhärte des Bauteils liegt
43
Definition Randschichthärten
1. Flammhärten: Gasbrenner heißt Temperatur oberhalb A3. Dann folgen starke Wasserduschen zum Abschrecken. Der Kern bleibt unterhalb der A1 Temperatur 2. Induktionshärten: Aufheizung durch induzierte Wirbelströme. Steuerung durch Frequenz. Abschreckung durch Wasser Es folgt Anlassen
44
Definition Einsatzhärten
Die Oberfläche wird mehrere Stunden aufkohlend geglüht. Kohlenstoff dringt durch Diffusion mehrere mm in den Werkstoff ein (abhängig von Zeit Temperatur Kombination). Bei der Abschreckung bildet sich auf der aufgekohlten Oberfläche Martensit. Der Kohlenstoffarme Kern bleibt weich. Unterscheidung zwischen Direkthärten und Einfachhärten Es folgt immer Anlassen
45
Definition Direkthärten
Es wird aus der Aufkohlungshitze heraus gehärtet Tradeoff in Bezug auf Temperatur zwischen guter Diffusion (hohe Temperatur) und ausgeprägtem Kornwachstum (Negative für Festigkeit und Zähigkeit)
46
Definition Einfachhärten
Nach dem Aufkohlen Abkühlung auf Raumtemperatur, dann separater Härteprozess
47
Definition Nitrieren
Einwirkung von Atmosphäre oder Salze auf die Werkstücke --> Abgabe von Stickstoffatomen --> Bildung einer Diffusionszone, die auf der Atmosphärenseite durch eine Eisennitridschicht (Verbindungsschicht) aus Fe4N abgeschlossen ist. Bildung von Eisenitridausscheidungen in der Diffusionszone. Nitrierbehandlungen finden unter 600°C statt --> sehr verzugsarm, weil nicht mit der gamma-alpha-Umwandlung verbunden
48
Welche Auswirkungen hat Nitrieren auf den Werkstoff?
mindert adhäsiven Verschleiß (Fressschäden), keine Verbesserung der Kernfestigkeit
49
Haben Legierungen Einfluss auf die Härte beim Nitrieren?
Ja
50
Vergleich verschiedener Nitrierverfahren

WK1 (22 decks)

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