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 www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Eisen-Basis Werkstoffe Eisen-Kohlenstoff Diagramm Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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... Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Eisen-Basis Werkstoffe Eisen-Kohlenstoff Diagramm Stahlbereich Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Eisen-Basis Werkstoffe Einfluss der Legierungselemente Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für 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!! Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Eisen-Basis Werkstoffe Einfluss der Legierungselemente Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Eisen-Basis Werkstoffe Einfluss der Legierungselemente Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Grundlagen der Wärmebehandlung Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Grundlagen der Wärmebehandlung Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Grundlagen der Wärmebehandlung Zeit/Temperatur/Umwandlungsschaubilder Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Wärmebehandlungsverfahren Glühprozesse Weichglühen Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Wärmebehandlungsverfahren Glühprozesse Spannungsarmglühen Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Wärmebehandlungsverfahren Glühprozesse Normalglühen Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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) Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Wärmebehandlungsverfahren Härten und Anlassen Randschichthärten Beispiele: Name C 35 C 45 C 70 42 CrMo 4 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Werkst.-Nr. 1.1183 1.1193 1.1249 1.7225 Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn min. Oberflächenhärte (HRc) 51 55 60 54 www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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) Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Verzug Jede Wärmebehandlung ist mit einer Maß- und Formänderung verbunden. Es gibt kein „Verzugsfreies Härten“. Einflüsse: Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH - 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 Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Die drei wichtigsten Prüfverfahren sind: • • • Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers Härteprüfung nach Rockwell Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Die Härteprüfung nach Brinell HB Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Die Härteprüfung nach Vickers HV Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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 Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn HRA 98N 490N 588N www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Die Härteprüfung nach Rockwell HRC Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Härtetiefe wärmebehandelter Teile (DIN 50190) Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Härtetiefe wärmebehandelter Teile (DIN 50190) Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] Wärmebehandlungs- und Härteverfahren für Eisenbasiswerkstoffe Messen und Prüfen Härteprüfverfahren Härteverläufe Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected] 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. Distl Edelstahl-und Härtetechnik GmbH Keltenstraße 4 86343 Königsbrunn www.distl.com email [email protected]