Wärmebehandlung und Mikrostruktur von Metalllegierungen

Glühen von C-Stahl

Glühen zur Regeneration von hypoeutektoidem C-Stahl

Erläutern Sie die Umwandlung von Austenit beim Abkühlen und die resultierende Mikrostruktur bei Raumtemperatur sowie deren Bestandteile.

Es wird Perlit mit feinerer ferritischer Körnung und weniger Ferrit erhalten. Die Widerstandsfähigkeit wird erhöht, da die Abkühlung schneller ist.

Welche Unterschiede gibt es im Vergleich zu einer früheren Behandlung? Warum?

Bei isothermer laminarer Keimbildung von Ferrit und Fe₃C ist der Abstand zwischen den Lamellen gleich und es entstehen grobe Lamellen im Perlitbereich.

Transformationen in eutektoidem C-Stahl

Transformation bei schneller Abkühlung auf 200 °C

Ein unlegierter eutektoider Stahl hat A₁ = 723 °C, M_S = 340 °C und M_f = 90 °C. Erläutern Sie die Entwicklung der Transformation, wenn der Stahl korrekt austenitisiert und schnell in ein 200 °C warmes Wasserbad gebracht wird. Welche Mikrostruktur entsteht bei dieser isothermen Transformation?

Es werden Martensit und Restaustenit erhalten, auch in unverarbeiteten Bereichen.

Transformation bei langsamer Abkühlung auf Raumtemperatur

Wenn der Stahl nach dem Austenitisieren langsam auf Raumtemperatur abgekühlt wird, wie entwickelt sich die Mikrostruktur? Wäre sie einheitlich?

Bei zu langsamer Abkühlung müsste ein Regenerationsglühen angewendet werden. Die Mikrostruktur wäre nicht einheitlich, da die langsame Abkühlung zu einer Kombination aus dicken und dünnen Lamellen führt.

Wärmebehandlung von C-legiertem Stahl

Kornregeneration und Mikrostrukturentwicklung

Ein C-legierter Stahl leidet nicht unter Überhitzung. Bei A₃ = 820 °C, welche Wärmebehandlung wird angewendet, um das Korn zu regenerieren? Wie entwickeln sich die mikrostrukturellen Transformationen bei diesem Prozess?

(Antwort fehlt im Originaltext)

Gefügeumwandlung bei schneller Abkühlung

Wenn der Stahl nach dem Austenitisieren schnell auf Raumtemperatur abgekühlt wird, welche Gefügeumwandlung findet statt? Sollte das Wasser zum Kühlen gerührt werden?

(Antwort fehlt im Originaltext)

Baustahl

Mikrostruktur und Kühlprozess

Ein C-Stahl wird von der Austenitisierungstemperatur abgekühlt und die Mikrostruktur der Abbildung (nicht vorhanden) erhalten. Welche Gefügebestandteile sind vorhanden? Welcher Kühlprozess führt zu dieser Mikrostruktur?

Hipo- oder Hypereutektoid.

Maximale Plastizität und hohe mechanische Festigkeit

Erläutern Sie, welche Wärmebehandlung angewendet wird, um die Struktur zu transformieren und maximale Plastizität sowie hohe mechanische Festigkeit in Stahl zu erreichen.

• Maximale Plastizität: Nach dem Härten und einem nicht zu hohen Anlassen (500-650 °C) mit Luftkühlung erhalten wir Martensit mit kleinen Nadeln.
• Maximale Festigkeit: Nach dem Abschrecken wenden wir ein niedriges Anlassen (200-350 °C) an.

Hochlegierte Stähle

Optimale Austenitisierungstemperatur und Unterschiede

Wie bestimmen wir die optimale Austenitisierungstemperatur bei der Anlassbehandlung? Welche Unterschiede gibt es zwischen der optimalen Temperatur für martensitische Edelstähle und Schnellarbeitsstähle?

Basierend auf metallurgischen Prinzipien: Man nimmt verschiedene Proben, austenitisiert sie bei unterschiedlichen Temperaturen, schreckt sie ab und misst die Härte. Grafiken zeigen den Ertrag (X-Achse: Austenitisierungstemperatur, Y-Achse: HRC). Die gekrümmten Kurven und die höchsten Punkte zeigen die optimale Austenitisierungstemperatur an.

Unterschied: Die optimale Temperatur für Schnellarbeitsstähle ist höher, da sie Restaustenit und Legierungselemente enthalten und eine höhere HRC-Härte erfordern.

Faktoren der Korrosionsbeständigkeit

Erläutern Sie die Faktoren, die die Korrosionsbeständigkeit von Stählen beeinflussen.

Die Korrosionsbeständigkeit ist hauptsächlich auf den hohen Chromgehalt zurückzuführen. Chrom bildet eine schützende Oxidschicht, die das Metall schützt und sich schnell regeneriert (zusätzlicher oder verstärkter Effekt). Es muss vermieden werden, dass die Bildung der CrO-Schicht auf der Stahloberfläche durch Verunreinigungen oder Segregation beeinträchtigt wird. Die Mikrostruktur muss einphasig mit einer festen Lösung (ss-Struktur) sein, um interkristalline Korrosion zu vermeiden. Zudem muss die Ausscheidung von Chromkarbiden an den Korngrenzen verhindert werden, da dies zu einer Verarmung der festen Lösung an Chrom führt und somit Oxidation verursacht.

Martensitischer Stahl

Karbidausscheidung und Eigenschaften

Welche Auswirkungen hat eine übermäßige Karbidausscheidung in der Mikrostruktur von angelassenem martensitischem Stahl? Wie würde dies die Eigenschaften des Stahls beeinflussen?

(Antwort fehlt im Originaltext)

Härteänderung in angelassenem martensitischem Stahl

Zeichnen Sie eine Grafik, die die Härteänderung in angelassenem martensitischem Stahl für eine schnelle Abkühlung darstellt, und erläutern Sie die Unterschiede.

(Antwort fehlt im Originaltext)

MOVA-Stahl (14,5% Cr, 1,5% Mo, 0,7% V)

Prozess zur Erzielung einer optimalen martensitischen Struktur

Für den MOVA-Stahl (14,5% Cr, 1,5% Mo, 0,7% V) ist eine Abstimmung erforderlich. Erläutern Sie den Prozess, um eine optimale martensitische Struktur zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf die Bildung von Austenit.

Um Karbide und komplexe Karbide zu lösen, ist eine hohe Austenitisierungstemperatur und eine sehr schnelle Abkühlung erforderlich, um Martensit zu erhalten. Ausgehend von einer ferritischen Matrix mit feinen Karbiden, die durch Glühen nahe am Gleichgewichtszustand sind, benötigen wir eine höhere Austenitisierungstemperatur als für reinen Martensit. Die optimale Austenitisierungstemperatur wird durch die Wahl der höchsten Härte nach dem Abschrecken bei verschiedenen Temperaturen ermittelt. Eine geringere Härte wird erzielt, wenn vor der maximalen Härte ungelöste Karbide vorhanden sind, oder wenn die Härte überschritten wird, da ein Überschuss an gelöstem Kohlenstoff im Austenit zu viel Restaustenit im Martensit verursacht.

Einflussfaktoren auf Austenitisierung und Anlassen

Welche Faktoren beeinflussen die Austenitisierungstemperatur und das Anlassen von martensitischem Stahl, und wie wirken sie sich aus?

(Antwort ist im vorherigen Abschnitt enthalten)

Austenitischer 18/8-Edelstahl

Interkristalline Korrosion: Ursachen und Vermeidung

Warum tritt interkristalline Korrosion in austenitischem 18/8-Edelstahl auf? Wie wird sie behandelt? Wie kann man sie vermeiden?

18% Cr, 8% Ni: Um eine homogene Struktur bei 0 °C zu erhalten, ist ein zweites Glühen bei T > 1000 °C erforderlich. Schnelles Abkühlen auf 600-800 °C führt zur Ausscheidung von Chromkarbiden, da Chrom eine hohe Affinität zu Kohlenstoff hat. Diese Chrom-Ausscheidung verbraucht Chrom aus dem Austenit und verursacht interkristalline Korrosion. Dies kann durch eine hohe Temperaturbehandlung oder durch die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts und die Zugabe von karbidbildenden Elementen wie Titan (Ti) oder Niob (Nb) vermieden werden, die eine höhere Affinität zu Kohlenstoff haben.

Aluminiumlegierungen für die industrielle Schmiedetechnik

Mikrostrukturelle Unterschiede bei der Ausscheidungshärtung

Erläutern Sie die mikrostrukturellen Unterschiede bei der Reifung oder Aushärtung von Aluminiumlegierungen durch Ausscheidungshärtung. Beschreiben Sie die Änderung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von Temperatur und Behandlungszeiten.

Eine Ausscheidung über den optimalen Zeitpunkt hinaus führt zu einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften (Überalterung). Wenn die optimale Temperatur überschritten wird, beschleunigt sich die Aushärtung, erreicht aber nicht die maximalen Eigenschaften und führt früher zur Überalterung.

Auswirkung einer fehlerhaften Aushärtungsbehandlung

Eine Al-4,5%Zn-1%Mg-Legierung wird einer Aushärtungsbehandlung unterzogen. Das Optimum liegt bei 120 °C für 14 Stunden. Durch einen Fehler wird die Behandlung bei 135 °C für 14 Stunden durchgeführt. Vergleichen Sie die Mikrostruktur und die Variationen der mechanischen Eigenschaften zwischen dieser und der optimalen Behandlung.

Eine Ausscheidung über den optimalen Zeitpunkt hinaus führt zu einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften (Überalterung). Wenn die optimale Temperatur überschritten wird, beschleunigt sich die Aushärtung, erreicht aber nicht die maximalen Eigenschaften und führt früher zur Überalterung.

Schweißen von AlZnMg-Legierungen

Änderungen in der Wärmeeinflusszone (WEZ)

Beschreiben Sie die Änderungen der Mikrostruktur und der Eigenschaften, die in der Wärmeeinflusszone (WEZ) beim Schweißen von zwei AlZnMg-Blechen auftreten.

(Antwort fehlt im Originaltext)

Einfluss der natürlichen Aushärtung auf die künstliche Aushärtung

Wenn eine Al-Zn-Mg-Legierung 24 Stunden nach einer natürlichen Aushärtung bei 120 °C künstlich gealtert wird, wie beeinflusst die vorherige natürliche Aushärtung den Prozess? Warum?

(Antwort fehlt im Originaltext)

Faktoren der Spannungsrisskorrosion in AlZnMg

Welche Faktoren beeinflussen die Spannungsrisskorrosion in einem AlZnMg-Schichtwerkstoff? Wie wirkt sich die Walzrichtung aus?

• Last: Beeinflusst durch Legierungszusammensetzung und Mikrostruktur. Die normale Spannungskomponente erleichtert das Eindringen von Wasserstoff und dessen Diffusion in die Korngrenzen.
• Legierungszusammensetzung: Interkristalline Korrosion tritt durch die Ausscheidung von Legierungselementen an den Korngrenzen auf und wird durch Kupfer (Cu) verstärkt.
• Mikrostruktur: Bei Schichtwerkstoffen sind die Körner in Walzrichtung verformt.

Oberflächenbehandlung von Einsatzstählen

Notwendigkeit der Härtung nach dem Aufkohlen und geeigneter Prozess

Warum ist es notwendig, die Werkstücke nach dem Aufkohlen zu härten? Erläutern Sie den am besten geeigneten Härteprozess, um optimale Eigenschaften in der Randschicht und im Kern zu erzielen.

Beim Aufkohlen wird der Kohlenstoffgehalt in der Randschicht des Stahls erhöht, sodass diese einen höheren C-Gehalt als der Kern aufweist. Um die Festigkeit zu erhöhen, wird ein Härten und Anlassen durchgeführt. Der Nachteil ist, dass der Kern eine Austenitisierungstemperatur benötigt, die höher ist als die der Randschicht. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird eine Doppelhärtung angewendet: Zuerst Erhitzen über A₃, um ein feinkörniges Gefüge im Kern und ein grobes in der Randschicht zu erhalten. Anschließend wird eine Zwischenhärtung bei einer Temperatur zwischen A₃ und A₁ durchgeführt, um das Korn der aufgekohlten Schicht zu verfeinern. Dies führt zu den gewünschten Eigenschaften und einer guten Zähigkeit für den Kern, ähnlich einem hoch angelassenen Zustand.

Nitrieren

Faktoren im Nitrierhärteprozess

Erläutern Sie die Faktoren, die am Nitrierhärteprozess beteiligt sind.

(Antwort fehlt im Originaltext)

Legierungselemente für Nitrierstähle

Welche Legierungselemente sind für Nitrierstähle erforderlich? Erläutern Sie die am besten geeigneten Legierungselemente und ihre Wirkung.

(Antwort fehlt im Originaltext)

Spezial-Eisenlegierungen

Martensitaushärtende Stähle: Wärmebehandlung

Martensitaushärtende Stähle: Erläutern Sie die Wärmebehandlung.

(Antwort fehlt im Originaltext)

Mikrolegierte Stähle: Charakteristika und Wärmebehandlung

Welche Legierungscharakteristika haben mikrolegierte Stähle, und welche Wärmebehandlung ist für eine optimale Anwendung erforderlich?

(Antwort fehlt im Originaltext)