Wärmebehandlung von Stählen: Verfahren, Diagramme & Härtbarkeitsprüfung

Wärmebehandlung von Stählen: Verfahren, Diagramme & Härtbarkeitsprüfung

Glühverfahren

• Normalglühen

  Beseitigung von Gefügeungleichmäßigkeiten und die Bildung eines von der Vorbehandlung (Gießen, Schmieden, Härten) unabhängigen, möglichst feinkörnigen Gefüges, das die beste Kombination von Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften aufweist. Bei untereutektoiden Stählen wird 30 bis 50 K oberhalb von Ac3 geglüht, bei übereutektoiden Stählen knapp oberhalb von A1.

• Weichglühen

  Wird zur Verbesserung der Zerspanbarkeit und Umformbarkeit des Werkstoffes durchgeführt. Dabei wird ein Gleichgewichtsgefüge aus einer ferritischen Matrix mit eingelagerten kleinen Karbidkörnchen angestrebt, das eine geringe Festigkeit und Härte aufweist. Bei untereutektoiden Stählen wird langzeitig auf Temperaturen dicht unterhalb der Ac1-Temperatur geglüht. Bei übereutektoiden Stählen erfolgt das Glühen oberhalb oder pendelnd um die Ac1-Temperatur.

• Spannungsarmglühen

  Wird zum Abbau von Eigenspannungen im Werkstoff durchgeführt, die durch Erwärmung, Abkühlung oder mechanische Bearbeitung entstanden sind, ohne das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften wesentlich zu verändern. Die Temperatur muss oberhalb der höchsten Gebrauchstemperatur und unterhalb der Temperatur liegen, bei der Eigenschaftsänderungen eintreten. Für nicht wärmebehandelte Bauteile liegt sie dicht unter A1 (unterhalb der jeweiligen Anlasstemperatur).

• Diffusionsglühen

  Wird durchgeführt, um örtliche Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung auszugleichen. Die Glühtemperaturen sind sehr hoch (1050-1300 °C) und die Glühzeiten sehr lang (bis zu 50 h). Das dabei entstehende grobe Korn muss anschließend durch Normalglühen ausgeglichen werden.

• Grobkornglühen

  Wird bei untereutektoiden Stählen durchgeführt, um die spanabhebende Bearbeitung zu verbessern. Die Glühtemperatur liegt zwischen 900 und 1100 °C.

• Rekristallisationsglühen

  Macht es möglich, die Kaltverfestigung rückgängig zu machen und damit das Formänderungsvermögen des Werkstoffes wiederherzustellen (höhere Duktilität und Umformbarkeit). Die Temperatur liegt unterhalb der A1-Temperatur und ist abhängig vom Verformungsgrad sowie von der Korngröße.

Härten und Vergüten

• Härten

  Versteht man das Erwärmen auf Härtetemperatur, kurzes Halten bei dieser Temperatur und das nachfolgende Abkühlen mit einer solchen Geschwindigkeit, dass eine Härtezunahme durch Umwandlung des Austenits in Martensit und gegebenenfalls in Bainit erfolgt. Unlegierte untereutektoide Stähle werden bei Temperaturen von 30-50 K oberhalb Ac3 und übereutektoide Stähle wenig über Ac1 austenitisiert. Bei legierten Stählen ist die Temperatur etwas höher, um eine bessere Härtbarkeit zu erzielen. Härtegefüge: Bainit und Martensit.

• Vergüten

  Versteht man ein Härten und ein nachfolgendes Anlassen auf eine Temperatur zwischen 450 und 680 °C. Die hohen inneren Spannungen infolge des Härtens werden dabei abgebaut, was zu einem Abfall der Festigkeit und Härte, aber zu einer Verbesserung der Zähigkeit führt.

ZTU-Diagramme

In den ZTU-Diagrammen werden die Abkühlungsgeschwindigkeit der Legierung und die Kinetik der Umwandlungsgeschehnisse berücksichtigt.

• Isothermisches ZTU-Diagramm

  Hier werden die Umwandlungsabläufe dargestellt. Es ist bei konstanter Temperatur (parallel zur Abszisse) zu lesen.

• Kontinuierliches ZTU-Diagramm

  Sie gelten für eine kontinuierliche Abkühlung. Alle Aussagen sind nur entlang der eingezeichneten Abkühlkurven abzulesen.

Stirnabschreckversuch (Jominy-Test)

Dieser Versuch wird an einer Probe mit 25 mm Durchmesser und 100 mm Länge zur Ermittlung der Härtbarkeit von Stahl durchgeführt.

Normen

• Öffnung des Wasserzuführrohres: 12,5 ± 0,5 mm
• Abstand zwischen Wasserzuführrohr und Stirnfläche der Probe: 12,5 ± 0,5 mm
• Freie Steighöhe des Wasserstrahls: 65 ± 10 mm
• Wassertemperatur: 20 ± 5 °C
• Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur und Halten: (30 + 5 min)
• Messen der Härte mittels Rockwell C (Abstände der Härtemesspunkte von der Stirnfläche sind genormt)

• Aufhärtbarkeit

  Ist die maximale mögliche Härte (Martensithärte) an der Probenoberfläche, die die Legierung erreichen kann.

• Einhärtbarkeit

  Ist die Härte in einer bestimmten Tiefe, wobei der Ort nicht festgelegt ist.