Wärmebehandlungs- und Härteverfahren

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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren
Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungs- und
Härteverfahren
für Eisenbasiswerkstoffe
Distl Edelstahl-und
Härtetechnik GmbH
Keltenstraße 4
86343 Königsbrunn
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsmöglichkeiten unseres Hauses
Nutzbare
Ofenabmessung (mm)
Medium
Temperatur Wärmebehandlungsverfahren
In °C
Salzbad
(∅) 500 x (T) 800
(∅) 600 x (T) 1600
Ceco 80
TF1
800 – 950
570 – 600
- Aufkohlen, Einsatzhärten
- Nitrocarburieren (Tenifer)
(B) 500 x (H) 800 x (T) 1300
(B) 950 x (H) 1100 x (T) 1500
Warmbad
180 – 300
- Abschrecken, Entspannen, Anlassen
N2,Propan,Methanol
N2
300 – 1050
300 – 1000
- Aufkohlen, Einsatzhärten, Neutralhärten
Anlassen, Glühen
- Neutralhärten, Anlassen, Glühen,
Zwischenstufenvergüten
Luft
Luft
Luft/Stickstoff
Luft/Stickstoff
Stickstoff/NH3/CO2
500 – 1000
150 – 700
max. 700
max. 700
max. 750
Wirbelbett
(∅) 500 x (T) 900
(∅) 500 x (T) 900
Kammerofen
(B) 600 x (H) 400 x (T) 1000
(B) 500 x (H) 500 x (T) 600
(B) 550 x (H) 550 x (T) 1000
(B) 550 x (H) 400 x (T) 600
(B) 600 x (H) 600 x (T) 900
-
Anlassen, Glühen, Auslagern
-
„Gas“ – Nitrieren + Nitrocarburieren
(+ Oxidieren)
Werkstofftechnische Untersuchungen und Beratung. Tiefkühlen bis –150°C
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsmöglichkeiten unseres Hauses
Nutzbare
Ofenabmessung (mm)
Medium
Temperatur Wärmebehandlungsverfahren
In °C
Schachtofen
(∅) 600 x (T) 1600
(∅) 800 x (T) 1700
- Vorwärmen, Anlassen, Glühen,
Aluminiumbehandelung
Luft
Luft
150 – 650
150 – 700
N2/ NH3/ CO2
500 – 650
- „Gas“ – Nitrieren + Nitrocarburieren
(+ Oxidieren)
Bis 1300
- Vakuumhärten bis 10 bar
Abschreckdruck
- Tiefkühlen bis – 150°C
Schachtofen
(∅) 900 x (T) 2000
Vakuumanlage
(B) 600 x (H) 600 x (T) 900
(B) 600 x (H) 600 x (T) 900
(B) 600 x (H) 600 x (T) 900
N2
Werkstofftechnische Untersuchungen und Beratung. Tiefkühlen bis –150°C
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Werkstoffgruppen
• Naturmaterialien
nachwachsend, recyclebar, umweltfreundlich, usw. Leder, Holz, Flachs,
Hanf, Sisal
• Kunststoffe
leicht, recyclebar, Massenproduktion, usw.
PVC, PTFE, PP, ABS, GFK/CFK
• Keramik
temperaturbeständig, korrosionsbeständig, hart, spröde, leicht,
schwierige Formgebung, geringer Reibwert.
AL2O3
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Werkstoffgruppen
• Leichtmetall (Dichte < 4,5kg/dm3)
leicht, leichte Formgebung
Aluminium, Titan, Magnesium
• Schwermetall (Dichte > 4,5kg/dm3)
gute Notlaufeigenschaften, gießbar, schwer
Nickel, Kupfer, Bronze (Cu/SN), Messing (Cu/Zn)
• Verbundwerkstoffe
leicht, fest; hitzebeständig, schwer verarbeitbar
GFK, CFK, CFC
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Eisen-Kohlenstoff Diagramm
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Die Einteilung der Eisen-Basis Werkstoffe geschieht vorrangig nach
Ihrer Anwendung.
Gusseisen hat üblicherweise Kohlenstoffgehalte von 2.5 - 4.0 %
Grauguss mit Lammellengraphit (GG)
Werkst.- Nr. 0.6...
Grauguss mit Kugelgraphit (GGG)
Werkst.- Nr. 0.7...
Temperguss (GTS/GTW)
Werkst.- Nr. 0.8...
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Eisen-Kohlenstoff Diagramm Stahlbereich
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
•
Stahl hat üblicherweise einen Kohlenstoffgehalt von 0.2 -2.3 %
•
Unlegierter Kohlenstoffstahl enthält außer Eisen (Fe) nur Kohlenstoff
(C) und praktisch keine anderen Legierungselemente.
•
Niedrig- und mittellegierte Stähle enthalten weniger als 5%;
•
Hochlegierte mehr als 5% Legierungselemente.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
•
•
•
Eine Legierung ist eine Mischung von zwei oder mehr Elementen.
Sie kann unterschiedlichste Eigenschaften aufweisen.
Der Stahlhersteller versucht die Legierungen so abzustimmen, dass
ein Werkstoff mit bestimmten Eigenschaften entsteht.
Neben Eisen (Fe) ist der Kohlenstoff (C) das wichtigste Element
im Stahl.
Kohlenstoff ist hauptverantwortlich für die Härtbarkeit und die
Karbidbildung.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
•
Die Höhe der Härte eines Stahls wird primär von seinem
Kohlenstoffgehalt bestimmt.
•
Zur Erzielung der Höchsthärte (z.b. 66 HRc bei unlegiertem Stahl)
sind etwa 0.8% Kohlenstoff erforderlich.
•
Ein höherer C-Gehalt vermag nicht die Härte, wohl aber andere
Eigenschaften wie z.B. den Verschleißwiderstand durch Bildung
harter Karbide zu verbessern.
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Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
Bei den anderen wichtigen Legierungselemente unterscheidet man
hauptsächlich zwischen karbidbildenden und nicht karbidbildenden.
•
Karbide entstehen aus der Reaktion gewisser Legierungselemente und
dem im Stahl vorhandenen Kohlenstoff.
•
Diese Karbide sind äußerst hart, aber auch spröde.
•
Sie erhöhen vor allem die Verschleißfestigkeit, Schneidhaltigkeit und
Anlassbeständigkeit, beeinträchtigen jedoch auch die Zähigkeit.
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Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
Die wichtigsten Legierungselemente außer „Kohlenstoff“ sind:
•
Karbidbildend:
Chrom (Cr) / Molybdän (Mo) / Vanadium (V) / Wolfram (W)
Cr verbessert die Härte und Korrosionsbeständigkeit; Mo W und V
erhöhen die Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit.
•
Nicht Karbidbildend:
Nickel (Ni) / Kobalt (Co) / Mangan (Mn)
Ni verbessert vor allem die Zähigkeit; Mn die Härtbarkeit; Co die
Warmhärte und Anlassbeständigkeit.
•
Sonstige:
Phosphor(P), Schwefel(S), und Blei(Pb) erhöhen die Zerspanbarkeit!!
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Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
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Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einfluss der Legierungselemente
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einteilung in Stahlgruppen
•
Einsatzstähle:
Werkst.Nr.: 1.1141; Ck 15
1.6587; 17CrNiMo6
1.7131; 16MnCr5
•
Nitrierstähle:
Werkst.Nr: 1.8550; 34CrAlNi7
1.8519; 31CrMoV9
•
Vergütungsstähle:
Werkst.Nr.: 1.1221; Ck 60
1.7033; 34Cr4
1.7225; 42CrMo4
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Eisen-Basis Werkstoffe
Einteilung in Stahlgruppen
•
Kaltarbeitsstähle:
Werkst.Nr.: 1.2379;
1.2067;
1.2436;
1.2842;
X155CrVMo12 1
100Cr6
X210CrW12
90MnCrV8
•
Warmarbeitsstähle:
Werkst.Nr: 1.2343; X38CrMoV51
1.2567; X30WCrV53
1.2714; 56NiCrMoV7
•
Schnellarbeitsstähle/Automatenstähle/Ventilstähle/Austenite/usw.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Grundlagen der Wärmebehandlung
Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder
Die ZTU-Schaubilder beschreiben das Umwandlungsverhalten der
Stähle beim Aufheizen und Abkühlen, welches einen maßgeblichen
Einfluss auf den Erfolg einer Wärmebehandlung hat.
Die Diagramme beschreiben den Einfluss der Zeit beim Erwärmen
und Abkühlen. Für die Praxis der Wärmebehandlung ist diese Frage
von grundsätzlicher Bedeutung. Über den Temperatur-Zeit Zyklus
werden bestimmte Eigenschaften eingestellt. Da dreidimensionale
Diagramme (z.B. noch der Kohlenstoff als veränderliche Größe)
schwierig zu lesen sind, gelten die zweidimensionalen ZTUDiagramme immer nur für einen ganz bestimmten Stahl.
Es gibt sowohl isotherme wie auch kontinuierliche Schaubilder.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Grundlagen der Wärmebehandlung
Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder
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Grundlagen der Wärmebehandlung
Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder
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Grundlagen der Wärmebehandlung
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
•
Unter Glühen versteht man das Erwärmen von Stahl auf eine
bestimmte Temperatur mit nachfolgendem langsamen Abkühlen.
Geglüht wird aus den verschiedensten Gründen.
•
Nachstehend werden die in der Praxis am häufigsten eingesetzten
Verfahren beschrieben, die sowohl im Schutzgas als auch an Luft
durchgeführt werden können.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Weichglühen
Durch das Weichglühen soll ein möglichst weicher Zustand des Stahls
erreicht werden und zwar im Allgemeinen zur Verbesserung der
Bearbeitbarkeit. Gleichfalls erhält man ein homogenes Gefüge als
optimale Voraussetzung für eine anschließende Härtung. Nach dem
Schmieden oder Walzen sind besonders legierte Stähle und solche mit
einem erhöhten C-Gehalt für eine spanabhebende Bearbeitung oder
für die Kaltverformung meist zu hart.
Stähle mit einem C-Gehalt kleiner 0,5%werden normalerweise nicht
weichgeglüht, da sie bei der spanenden Bearbeitung zum „Schmieren“
neigen. Dem Weichglühen wird fast immer eine Wärmebehandlung
nachgeschaltet, da die Bauteile weich kaum Verwendung finden.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Weichglühen
Das Weichglühen erfolgt, je nach Werkstoff bei Temperaturen im
Bereich des Umwandlungspunktes, d.h. bei ca.700-740°C. Die Teile
werden langsam auf die vorgeschriebene Temperatur erwärmt und je
nach Querschnitt und Windstärke mehrere Stunden gehalten. Die
Abkühlung erfolgt langsam im Ofen bis ca.500°C und dann an
ruhender Luft auf Raumtemperatur.
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Glühprozesse
Weichglühen
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Spannungsarmglühen
Zweck des Spannungsarmglühens ist es, die in einem Bauteil
vorhandenen Spannungen, welche bei einer nachfolgenden
Wärmebehandlung zu „Verzug“ oder „Rissen“ führen können, zu
minimieren. Gründe für Spannungen im Bauteil sind meist in der
Herstellung des Grundwerkstoffs, in ungleichmäßiger,
unsachgemäßer mech. Bearbeitung, Kaltverformung und in
ungleichmäßigem Erwärmen und Abkühlen (z.B. Schweißen)
begründet.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Spannungsarmglühen
Das Spannungsarmglühen erfolgt bei Temperaturen zwischen 550650°C. Eine bauteilabhängige Haltezeit mit langsamer Abkühlung ist
auch hier erforderlich.
Es treten hierbei keine Gefügeänderungen auf.
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Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Spannungsarmglühen
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Normalglühen
Das Normalglühen, auch normalisieren genannt, wird meist zur
Beseitigung eines groben oder ungleichmäßigen Gefüges (z.B. durch
Warmformgebung wie Schmieden, Walzen, Gießen) angewandt. Es
entsteht ein gleichmäßiges feines Grundgefüge.
Die Behandlung erfolgt bei Temperaturen über dem
Umwandlungspunkt, d.h. bei 720-1000°C mit anschließender
langsamer Abkühlung.
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Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Normalglühen
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Glühprozesse
Rekristallisationsglühen
Diese Glühbehandlung bildet ein durch Kaltverformung entstandenes
gerichtetes Gefüge Ohne wesentliche Umwandlung wieder um. Es
entsteht wieder das Ausgangsgefüge als Vorbereitung für eine erneute
Kaltumformung.
Die Rekristallisationstemperaturen liegen meist unter 700°C, und sind
vom Verformungsgrad abhängig.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Härten
Das Härten bedingt zuerst ein Erwärmen des Bauteils auf 780-1250°C
mit anschließender meist schneller Abkühlung (Abschrecken).
Unlegierte Stähle werden in Wasser abgeschreckt, legierte in Öl,
Warmbad, oder Kühlgas, besonders hochlegierte härten schon an
Luft.
Nach dem Härten erreicht der Stahl den Zustand höchster Härte.
In diesem Zustand ist er jedoch schlecht weiter zu bearbeiten.
Er ist spröde und rissempfindlich.
Bei den Härteverfahren unterscheidet man grob nach Durchhärten und
Randschichthärten. Die wichtigsten Randschichthärteverfahren sind:
Flammhärten(nicht mehr sehr verbreitet); Induktionshärten; Laserund Elektronenstrahlhärten.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Anlassen
Das Anlassen besteht aus einem teilweise mehrmaligen Erwärmen bei
Temperaturen zwischen 170-700°C und anschließendem Abkühlen.
So werden die beim Härten entstandenen Spannungen im Stahl
abgebaut. Die Härte(Sprödigkeit) wird vermindert, die Rissgefahr
nimmt ab und die Zähigkeit nimmt zu.
Härten und Anlassen
gewährleisten optimale Gebrauchseigenschaften.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Durchhärten (Vergüten)
Austenitisieren
Hierzu muss das gesamte Bauteil bis in den Kern austenitisiert
werden. Die Haltedauer richtet sich hierbei nach verschiedenen
Kriterien: Werkstoff/ Geometrie / Querschnitt/...
Die gebräuchlichsten Austenitisierungsmöglichkeiten sind:
Salzbad / Wirbelbett / Schutzgas / Vakuum
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Durchhärten (Vergüten)
Abkühlen/Abschrecken
Zum Erreichen der angestrebten Härte und Festigkeiten ist die
Auswahl des Abkühlmediums eine ausschlaggebende Größe.
Hier sind die wichtigsten:
Wasser/ Salz/ Öl / Polymer / Gas.
Die Auswahl richtet sich hier wieder primär nach dem Werkstoff, der
Geometrie, dem Querschnitt und der gewünschten Härte.
Beispiele:
Werkzeugstähle / Vergütungsstähle/...
(Siehe Werkstoffdatenblätter und ZTU-Schaubilder)
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Randschichthärten
Hierbei beschränkt sich das Erwärmen/Austenitisieren des Bauteils
auf die Randschicht.
Das Kerngefüge wird in der Regel nicht beeinflusst, es bleibt in seiner
Ausgangsfestigkeit unverändert.
Diese Verfahren werden vorwiegend zur partiellen Härtung für
größere Serien eingesetzt.
Voraussetzung für das Randschichthärten ist, dass Stähle mit min. 0,3
bis 0,7 % Kohlenstoff verwendet werden. Er bestimmt zusammen mit
der Härtetemperatur die erreichbare Maximalhärte. Durch weitere
Legierungselemente, sowie der Austenitisierungsdauer wird die
Härtetiefe bestimmt.
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Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Randschichthärten
Beispiele:
Name
C 35
C 45
C 70
42 CrMo 4
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Werkst.-Nr.
1.1183
1.1193
1.1249
1.7225
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min. Oberflächenhärte
(HRc)
51
55
60
54
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Induktionshärten
Die induktive Erwärmung erfolgt durch das Einbringen eines Bauteils
in ein elektromagnetisches Feld. Durch eine Spule bzw. Induktor
fließt ein Wechselstrom, der ein magnetisches Feld erzeugt.
Wird nun in diesen Induktor ein Werkstück eingeführt, so erwärmt
sich dieses an der Oberfläche. Es wird in so kurzer Zeit aufgeheizt,
dass die Wärme kaum ins Innere des Bauteils eindringt und somit nur
eine relativ dünne Randzone austenitisiert wird.
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Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Induktionshärten
Hochfrequenz:
ab 100 kHz,
Mittelfrequenz: 100 Hz - 10kHz
HT: 0,5 bis 1mm
HT: bis 5mm
Beim Ranschichthärten ist es nötig sofort hinter dem Induktor
abzuschrecken.
Je nach Abschreckgeschwindigkeit der Werkstoffe und gewünschter
Oberflächenhärte wird Wasser/ Öl/ Polymer oder Luft verwendet.
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Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Laserstrahlhärten
Das Laserstrahl- Randschichthärten besteht aus Austenitisieren
der Randschicht und Abkühlen mit zweckentsprechender
Geschwindigkeit.
Beim Laserstrahlhärten erwärmt man die Randschicht eines
Werkstücks in einem örtlich begrenzten Bereich auf eine Temperatur
oberhalb Ac3 bzw. Acm . Als Wärmequelle kommen entweder CO2Laser (bis 20 kW) oder Nd: YAG-Laser (bis 4 kW) zur Anwendung.
Das Härten erfolgt durch Abschrecken (Selbstabschreckung oder
Fremdabschreckung) der austenitisierten Randschicht.
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Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Härten und Anlassen
Elektronenstrahlhärten
Als Wärmequelle wird ein durch elektromagnetische Linsen
geformter Elektronenstrahl in einer Vakuumkammer verwendet.
Das Härten erfolgt durch Abschrecken (Selbstabschreckung ) der
austenitisierten Randschicht.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Thermochemische Behandlungen
Aufkohlen/Einsatzhärten
Thermochemisches Behandeln eines Werkstücks im austenitischen
Zustand zum Anreichern der Randschicht mit Kohlenstoff, der dann
im Austenit in fester Lösung vorliegt.
Der Bauteiloberfläche wird bei richtiger Temperatur (900-950°C) und
ausreichend langer Zeit ( 1 - 20 Std.) Kohlenstoff in atomarer Form
angeboten, der durch Diffusion eindringt.
Das aufgekohlte Werkstück wird anschließend gehärtet
(unmittelbar oder nach Wiedererwärmung)
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Thermochemische Behandlungen
Nitrieren
Der Begriff „Nitrieren oder Aufsticken“ wird im Zusammenhang mit
der Thermochemischen Behandlung von Eisenwerkstoffen zur
Kennzeichnung eines Vorgangs verwendet, bei dem die Randschicht
von Werkstücken mit Stickstoff angereichert wird.
Die Definition lautet: „ Thermochemisches Behandeln zum
Anreichern der Randschicht eines Bauteils mit Stickstoff.
In Deutschland wurde das Verfahren als klassisches Gasnitrieren im
Ammoniakstrom 1921 patentiert. In den darauf folgenden Jahren
wurden die unterschiedlichsten Varianten entwickelt und mit
speziellen Namen versehen um sich vom Gasnitrieren im
Ammoniakstrom abzuheben.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Wärmebehandlungsverfahren
Thermochemische Behandlungen
Nitrocarburieren
Erfolgt nun eine Behandlung in Mitteln, die ein Anreichern der
Randschicht mit Stickstoff und Kohlenstoff bewirken, dann ist die
Bezeichnung „Nitrocarburieren“ anzuwenden.
Die Definition lautet: Thermochemisches Behandeln zum Anreichern
der Randschicht eines Bauteils mit Stickstoff und Kohlenstoff.
Die Stickstoff- bzw. Stickstoff/Kohlenstoffanreicherung wird durch
Halten der Werkstücke in einem Stickstoff / Kohlenstoff abgebenden
Mittel, das gasförmig, flüssig oder fest sein kann, in Salz; Gas oder
Plasma, im Temperaturbereich vorzugsweise zwischen 500 und
600°C erreicht.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Verzug
Jede Wärmebehandlung ist mit einer Maß- und Formänderung verbunden.
Es gibt kein „Verzugsfreies Härten“.
Einflüsse:
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- Werkstoff (unleg. bis 1%; leg. ca. 0,1% Maßänderung)
- Faserverlauf des Grundwerkstoffs
- Gefüge des Ausgangswerkstoffs
- Art und Ausmaß der mech. Bearbeitung
- Geometrie und Querschnitte
- Härtetemperatur
- Chargierung/Art der Erwärmung und Abkühlung
- Anlassen
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Verzug
Grundregeln für den Wärmebehandler:
- Möglichst gleichmäßige und langsame Erwärmung
- Die Abkühlung sollte so schnell wie nötig und so langsam wie möglich
sein.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Als Härte eines Körpers bezeichnet man den Widerstand den dieser
einem anderen, härteren Körper beim Eindringen entgegensetzt.
Bei der Härteprüfung wird ein Eindringkörper genau definierter
geometrischer Gestalt mit einer bestimmten Prüfkraft langsam und
stetig in den zu unter-suchenden Werkstoff eingedrückt.
Der entstehende bleibende Eindruck oder die Eindringtiefe bilden das
Maß für die Härte.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die drei wichtigsten Prüfverfahren sind:
•
•
•
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Härteprüfung nach Brinell
Härteprüfung nach Vickers
Härteprüfung nach Rockwell
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Brinell HB
Bei der Härteprüfung nach Brinell wird eine gehärtete Stahlkugel oder
eine Hartmetallkugel mit einer bestimmten Kraft in das zu prüfende
Werkstück eingedrückt. Nach dem Entlasten wird der Durchmesser
(d) des Eindruckes gemessen. Die Brinellhärte kann aus einer Tabelle
entnommen werden. Die Kugeldurchmesser und Prüfkräfte sind
genormt.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Brinell HB
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Brinell HB
Allgemeines
Für Stahl ist eine überschlägige Umrechnung von HB in Zugfestigkeit
mit dem Faktor 3,5 möglich.
Bei der Prüfung mit Stahlkugeln sollte die Härte höchstens 400 HB
betragen.
Die Härteprüfung nach Brinell wird vorwiegend bei Guss und bei
vergüteten und geglühten Werkstoffen bis maximal 450 HB
angewendet. Dank dem großen Eindruckdurchmesser liefert die
Brinellprüfung gute Durchschnittswerte bei nicht homogenen
Werkstoffen.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Vickers HV
Bei der Härteprüfung nach Vickers wird anstelle der Stahlkugel eine
Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem
Flächenwinkel von 136 Grad verwendet. Nach der Entlastung werden
die beiden Längen der Diagonalen gemessen und der Durchschnitt
ermittelt.
Die Vickershärte kann aus einer Tabelle entnommen werden. In den
meisten Fällen werden folgende Prüfkräfte verwendet:
294N (HV 30); 98N (HV 10); 49N (HV 5); 9,8N (HV 1);
4,9N (HV 0,5); 1,96N (HV 0,2)
Die Vickershärte entspricht dem Quotient aus der aufgewendeten
Prüfkraft F und der Oberfläche A des bleibenden pyramidenförmigen
Eindrucks, der in der Draufsicht quadratisch erscheint.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Vickers HV
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Vickers HV
Allgemeines
Die Härteprüfung nach Vickers eignet sich für Werkstoffe von sehr
kleiner bis zu sehr hoher Härte wie auch für sehr kleine Werkstücke.
Gleichfalls dient sie zum Messen von dünnen und sehr harten
Schichten, Entkohlungszonen, Verformungszonen oder evtl. sogar
einzelner Gefügebestandteile.
Beispiel
640 HV 30 bedeutet, dass die Vickershärte 640 beträgt. Es wurde mit
einer Prüfkraft von 300 N (30 kp) bei einer Einwirkdauer von 10-15
Sekunden geprüft.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Rockwell HRC
Bei der Rockwellprüfung wird die Eindringtiefe gemessen. Als
Eindringkörper wird ein Diamantkegel von 120 Grad Kegelwinkel
verwendet, welcher in zwei Stufen in das Werkstück eingedrückt
wird. Die erste Stufe ist die Prüfvorkraft.
Kräfte bei der Rockwell-Messung:
HRC
Prüfvorkraft
98N
Prüfkraft
1373N
Gesamtkraft
471N
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HRA
98N
490N
588N
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Rockwell HRC
Die Rockwellhärte wird aus der Eindringtiefe abgeleitet und kann
direkt am Gerät abgelesen werden.
Eine Rockwelleinheit entspricht einer Eindringtiefe von 0,002 mm.
Da die Härteskala in 100 Einheiten unterteilt ist, ist der gesamte
Tiefenmessbereich 0,2 mm. Als Rockwellhärte bezeichnet man die
Differenz aus 100 minus Eindringtiefe.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
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Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Rockwell HRC
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Die Härteprüfung nach Rockwell HRC
Beispiel
So entspricht z.B. 60 HRC einer Eindringtiefe von 40 x 0,002 = 0,08
mm. Da auch beim Rockwellverfahren die Probenstärke mindestens
10 mal die Eindringtiefe betragen soll, ergibt sich daraus eine
Mindestdicke von 0,8 mm bei HRC 60.
Allgemeines
Es ist außerordentlich wichtig, dass Auftraggeber und Auftragnehmer
mit den gleichen Prüfverfahren messen.
Um evtl. Fehlmessungen zu vermeiden, werden am Werkstück
mindestens 3 Prüfeindrücke durchgeführt.
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Härtetiefe wärmebehandelter Teile (DIN 50190)
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Härtetiefe wärmebehandelter Teile (DIN 50190)
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Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Härteverläufe
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Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für
Eisenbasiswerkstoffe
Messen und Prüfen
Härteprüfverfahren
Festigkeit
Umrechnungen von Brinell- Vickers- Rockwellhärte und
Zugfestigkeit sollten vermieden werden, da Korrekturfaktoren
berücksichtigt werden müssen.
Der Zugversuch gilt als Grundversuch in der Werkstoffprüfung,
da man mit ihm Kennwerte ermittelt, die als Berechnungsgrundlage
dienen. Außerdem lässt sich aus den Kennwerten des Zugversuchs
auf die Verarbeitungsmöglichkeiten und andere Eigenschaften der
Werkstoffe schließen.
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