WK1 L__C23 - Wärmebehandlung von Stahl Flashcards
Welche 5 Varianten der Glühungen kann man unterscheiden?
”- Spannungsarmglühen<div>- Weichglühen</div><div> - Weichglühen zum Rekristallisieren</div><div> - Weichglühen zur Beseitung martensitischer oder bainitischer Gefügebestandteile</div><div>- Normalglühen</div><div>- Diffusionsglühen</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”
Was ist das Spannungsarmglühen und in welchem Temperaturbereich findet es statt?
“<div>- Durch das Bearbeiten eines Stahls kommt es zu Eigenspannungen im Bauteil</div><div>- Das Bauteil wird erhitzt, die Festigkeit sinkt, die Versetzungen wandern und die Spannungen bauen sich mithilfe von lokalen plastischen Verformungen ab</div>- Die Spannungen liegen danach auf dem Niveau der bei der Glühtemperatur herrschenden Dehngrenze Rp0,2<div>- Zwischen 500 und 650°, darüber kommt es zur merklichen Verzunderung (ansonsten muss in Schutzgas wie z.B. Argon geglüht werden)</div><div>- Die A1-Linie (Eutektoide) wird nicht überschritten</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Was ist das Weichglühen und in welche 2 Arten kann es unterteilt werden?
”- Weichglühen zur Rekristallisation:<div> - Temperatur ist die Rekristallisationtemperatur (kann als 0,4 - 0,5 fache der absoluten Schmelztemperatur abgeschätzt werden)</div><div> - Für<b>ferritisch-perlitische</b>Stähle nutzt man Temperaturen unterhalb der Eutektoiden</div><div> - Perlit verliert dabei mitunter seine lamellare Struktur und kugelt ein (sehr gut zerspanbar)</div><div> -<b>Austenitische</b>Stähle brauchen i.d.R. höhere Temperaturen, zumal sie oft hoch legiert sind</div><div> - Cr-Ni-Stähle rekristallisieren erst bei ca 1100°</div><div><br></br></div><div>- Weichglühen zur Beseitigung martensitischer oder bainitischer Gefügebestandteile</div><div> - Man betrachtet die isothermen ZTU-Diagramme und wählt die Zeit-Temperatur-Kombination in der Nähe der Ferrit-Perlit-Nase, die zur kürzesten Glühdauer führt</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Was passiert bei der Diffusionsglühung?
”- Bei der Erstarrung entstehen immer chemische Inhomogenitäten, sog. Segierungen<div>- Diese werden mithilfe der Diffusionsglühung ausgeglichen</div><div>- Die Diffusionsglühung wird kurz unterhalb der Solidustemperatur durchgeführt, damit auch lange Diffusionswege zurück gelegt werden können</div><div>- Sehr langwierig: Große Inhomogenitäten wie z.B. die Karbidverteilung in ledeburitischen Chromstählen würden ca. 100 bis 1000 Jahre zum Ausgleich benötigen<br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was bewirkt die Normalglühung und bei welchen Temperaturen spielt sie sich ab?
“<div>- Wird bei heterogenen Gefüge verwendet (keine chemischen Inhomogenitäten)</div>- Glühung knapp über der GSK Linie, damit der Zementit vollständig aufgelöst wird<div>- Durch die geringe Temperatur über GSK entsteht eine feinkörniges Austenitgefüge</div><div>- Beim Abkühlen ensteht daher eine sehr feinstreifiger Perlit mit guten Festigkeits- und Zähigkeitswerten</div><div>- Warmgewalzte Produkte werden oftmals so abgekühlt, dass kein separates Normalglühen notwendig ist<br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was ist die technisch wichtigste Wärmebehandlung von Stahl?
Die <b>Austenitisierung</b> um den Kohlenstoff aus den Karbiden in den γ-MK zu bekommen mit dem Ziel, den Werkstoff anschließend martensitisch abzukühlen
Wie wählt man die Temperatur von unlegierten oder niedrig legierten Stählen?
”- Vorraussetzung: Zementit ist das stabilste Carbid<div>- Die Temperatur wird also 30 - 50° über der GSK Linie gewählt</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Wie sehen die Spannungs-Dehnungs-Kurven eines Stahl in den beiden Extremfällen, also im weichgeglühten und martensitisch gehärtetem Zustand aus?
”- Die Zugfestigkeit steigt beinahe um den Faktor 3<div>- Die Dehnung ist jedoch kaum noch ausgeprägt</div><div>- Häufig nimmt man Versprödung in Kauf um den Festigkeitszuwachs genießen zu können<br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was ist Härten und was ist Vergüten?
- <b>Härten</b>: Austenitisieren und anschließendes Abschrecken zur Bildung von Martensit<div>- <b>Vergüten</b>: Härten und anschließendes Anlassen, der Martensit ändert sich</div>
Wie ändern sich die Eigenschaften eines Stahls mit dem Anlassen?
”- Die Eigenschaftänderungen werden in sog. Anlassschaubildern dargestellt<div>- Diese gelten immer für eine konstante Haltezeit und eine Stahlsorte, hier 50CrMo4</div><div>- Ab ca. 180° sind die Kohlenstoffatome beweglich und es kommt zu einem Sinken der Festigkeit</div><div>- Ab ca. 300° steigen die Bruchdehnung und -zähigkeit sehr stark an</div><div>- Durch das Anlassen können die mechanischen Eigenschaften sehr breit variiert werden<br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was ist das Feld der Vergütung?
”- Zeigt die möglichen mechanischen Eigenschaften eines Stahl, z.B. die mögliche Zugfestigkeit<div>- Wird auf der einen Seite vom gehärteten Zustand und auf der anderen vom weichgeglühten Zustand begrenzt</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Was ist Voraussetzung für die Härte- und Festigkeitssteigerung?
”- Nach dem Austenitisieren muss der Werkstoff vollständig martensitisch umgewandelt werden<div>- Die Abkühlkurve im kontinuierlichen ZTU-Diagramm darf daher weder das Ferrit-, Perlit- oder Bainitfeld treffen</div><div>- Untere kritische Abkühlgeschwindigkeit vuk (die zweite gestrichelte von rechts): Die Kurve, bei der erstmalig Martensit gebildet wird</div><div>- <b>Obere kritische Abkühlgeschwindigkeit vok</b>: Die Kurve, bei der erstmalig nur Martensit gebildet wird</div><div>- vokist damit die langsamste zulässige Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Welche Vorraussetzung muss erfüllt sein, damit ein Werkstoff vollständig martensitisch umwandelt?
”- Er muss von der Martensitstarttemperatur MSbis zur Martensit-Finishing-Temperatur MFdurchgekühlt werden<div>- Ab ca. 0,5 bis 0,6 % C liegt Mfjedoch unter 0 Grad und auf die Tiefkühlbehandlung wird oftmals verzichtet, da es zur Rissbildung kommen kann</div><div>- Um den vorhandenen Restaustenit umzuwandeln lässt man den abgeschreckten Werkstoff bei Temperaturen oberhalb von 180° an</div><div>- Der Kohlenstoff ist beweglich, er diffundiert und bildet submikroskopisch kleine, aber nicht stöchiometrische Karbide</div><div>- Der Restaustenit verarmt an C, wird instabiler und wandelt schließlich in Martensit um; bei höherer Temperatur und starker Karbidausbildung kann es auch zur Ausbildung von Ferrit kommen</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Welchen Einfluss hat der Werkstückdurchmesser auf die martensitische Umwandlung?
”- Je dünner das Bauteil, desto schneller kühlt es durch<div>- Es kann also sein, dass ein Werkstück mit größerem Durchmesser (Werkstück 2) am Rand zwar martensitisch umwandelt, im Kern jedoch überwiegend Bainit bildet, während dünnere Werkstücke vollständig martensitisch umwandeln (Werkstück 1)<br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Warum wird Stahl auch in Zukunft der wichtigste Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau sein?
Weil seine Eigenschaften durch Legierungselemente und Wärmebehandlungen extrem breit variiert werden können.
Was sind Vergütungsstähle?
- C-Gehalt liegt typischerweise zwischen 0,2 und 0,65 %<div>- Erhalten durch das Vergüten hohe Zug- und Dauerfestigkeiten</div>
Was passiert beim Anlassen auf atomarer Ebene?
- Unter 80°: Segregation von Kohlenstoff und Anlagerung an Gitterfehlern<div>- Zwischen 80 und 200°: Martensit zerlegt sich zuα-Martensit und den sehr C-reichenε-Carbiden</div><div>- Zwischen 200 und 320°: Vorhandener Restaustenit zerfällt</div><div>- Zwischen 320 und 520°: Es stellt sich ein Gleichgewicht aus Ferrit und Zementit ein, die Härte sinkt</div><div>- Über 500°: Einformung und verbinden von Zementitteilchen</div>
Wie funktioniert der Stirnabschreckversuch nach Jominy?
”- Rundprobe mit 100 mm Länge und 25 mm Durchmesser<div>- Wassersäule mit 65 mm freier Steighöhe</div><div>- Wasserstrahl wird mit einem Prallbrech geblockt, die austenitisierte Probe 12 mm über den Strahl gehangen und anschließend von diesem abgekühlt</div><div>- Anschließend wir scheibenweise die Härte bestimmt und über dem Abstand vom abgeschreckten Ende aufgetragen<br></br></div><div><img></img></div><div><br></br></div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div><div><br></br></div><div><br></br></div><div><br></br></div><div><br></br></div>”
Wie unterscheiden sich die Stirnabschreckversuch-Kurven von flach und tief durchhärtenden Stählen?
”- Wie man sieht ist die Härte bei 50CrV4 durchgehend ausgebildet, er ist also durchgehärtet<div>- Die Härte von 37MnSi5 fällt schnell stark ab, er härtet also nur sehr flach aus</div><div>- Die Messungen verschiedener Chargen einer Stahlsorte können leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern, diese müssen jedoch innerhalb eines gewissen Streubandes liegen (genormt in DIN EN 10083)</div><div><br></br><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was sind typische Vertreter der Gruppe der Vergütungsstähle und welche Zugfestigkeiten weisen sie auf?
- unlegierte C-Stähle von C30 bis C60 mit ca. 600-800 N/mm2<div>- chromhaltige Stähle mit 0,5 bis 2 % Cr und 0,3 bis 0,5 % C mit ca. 800-1400 N/mm2</div>
Was versteht man unter dem Randschichthärte (auch Oberflächenhärten genannt)?
- Martensitische Umwandlung der Oberfläche für verschleißfeste Funktionsflächen<div>- Martensit dehnt sich aus, dadurch bilden sich Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die die Dauerfestigkeit stark erhöhen</div>
Wie funktioniert das sog. Flammhärten?
”- Starke lokale Erwärmung der Oberfläche durch Gasbrennerauf über A3(d.h. ins Austenitgebiet)<div>- Kurz hinter der Erwärmung erfolgt die Abschreckung mittels Wasserduschen</div><div>- Die Erwärmung erfolgt dabei so schnell, dass der Kern unter A1bleibt (d.h. unter der Eutektoiden) und damit nicht an der Umwandlung teilnimmt</div><div>- Je nach Anordnung der Gasbrenner und Wasserduschen unterscheidet man zwischen Vorschub- (a) und Umlaufhärten (b)</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”
Wie funktioniert das Induktionshärten und wofür wird es angewandt?
“-Die Oberfläche des Werkstückes wird durch induzierte Wirbelströme aufgeheizt<div>- Die Eindringtiefe kann über die Frequenz gesteuert werden:</div><div> - Hohe Frequenz: Geringe Eindringtiefe (Eselbrücke: geringe Wellenlänge)</div><div> - Niedrige Frequenz: Hohe Eindringtiefe(Eselbrücke: hohe Wellenlänge)</div><div>- Abschreckung erfolgt i.d.R. über Wasserduschen</div><div>- Wird verwendet für Lagersitze von Kurbelwellen und Zahnrädern</div><div> - Steigerung der Schwingfestigkeit und des Verschleißverhaltens an der Oberfläche</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”
Wie funktioniert das Anlassen nach Randschichthärtungen?
- Will man die hohe Härte des Martensits behalten: zwischen 180 und 250°<div>- Will man mehr Sprödsicherheit: Zwischen 550 und 650°</div><div>- Der Bereich zwischen 250 und 550° wird tunlichst vermieden, weil sich hier ausscheidungsbedingte Versprödungen bilden können</div><div>- Dieser Versprödung kann man mithilfe von Mo entegenwirken</div>
