Kein Folientitel - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Transcription

Die Wärmebehandlung metallischer
Werkstoffe
WS 2014
Dr. Dieter Müller
Wir nehmen Perfektion persönlich.
Folie 1
Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7.1 Spannungsarmglühen
2.7.2 Rekristallisationsglühen
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.7.5 Grobkornglühen
2.7.6 Diffusionsglühen
2.8 Martensitisches Härten
2.8.1 Einfluss der Prozessparameter
2.8.2 Härtbarkeit der Stähle
2.8.3 Anlassen
2.9 Bainitisches Härten / Zwischenstufenvergüten
Folie 2
17./24.11.2014
Übersicht Wärmebehandlungsverfahren
Folie 3
17./24.11.2014
Temperaturbereiche verschiedener
Wärmebehandlungsverfahren
Folie 4
17./24.11.2014
Temperaturbereiche der Wärmebehandlung
von Stahl
Temperatur °C
6
1100
1000
1: Spannungsarmglühen
2: Rekristallisationsglühen
3: Weichglühen
4: Normalglühen
5: Grobkornglühen
6: Diffusionsglühen
5
900
4
800
3
700
2
600
1
500
400
300
0
0,5
1
1,5
2
Kohlenstoffgehalt Gew.%
Folie 5
17./24.11.2014
2,5
Inhalt Block 3
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 6
17./24.11.2014
Eigenspannungen
Definition
Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die in einem Körper
herrschen, an dem keine äußeren Kräfte und Momente angreifen und
der sich im thermischen Gleichgewicht befindet.
Eigenspannungen I. Art
sind über größere Werkstoffbereich (mehrere Körner) nahezu homogen
und über ein komplettes Bauteil im Gleichgewicht. Bei Eingriffen in das
System treten Maßänderungen auf.
Eigenspannungen II. Art
sind über kleine Werkstoffbereiche (ein bis mehrere Körner) homogen.
Bei Eingriffen in das System können Maßänderungen auftreten.
Eigenspannungen III. Art
sind über kleinste Werkstoffbereiche inhomogen. Bei Eingriffen in das
System treten keine Maßänderungen auf.
nach Macherauch
Streckgrenze (MPa)
Werden unter Eigenspannung stehende Teile erwärmt, und ist die Höhe
der Eigenspannungen höher als die temperaturabhängige
Streckgrenze, dann kommt es beim Erreichen der entsprechenden
Temperatur zu einem Spannungsabbau durch plastisches Fließen, was
eine Verformung zur Folge hat.
500
100Cr6 (GKZ)
400
300
200
100
Quelle: IWT, Bremen
0
0
200
400
600
Temperatur (°C)
Folie 7
17./24.11.2014
800
1000
Spannungsarmglühen
Ursachen von Eigenspannungen
Thermische Eigenspannungen
aufgrund Ausdehnungskoeffizient und
unterschiedlicher Abkühlung Rand-Kern (z.B.
Abkühlung nach Warmumformung, lokale
Erwärmung, Schweißen)
Thermischer
Zustand
Metallurgische Eigenspannungen
aufgrund Phasenumwandlung (z.B. Martensitbildung)
c
a
f
e
Mechanische Eigenspannung
aufgrund Kaltumformung, Zerspanung
Mechanischer
Zustand
b
d
Metallurgischer
Zustand
a: temperaturabhängige Phasenumwandlung
b: Längenänderung infolge Phasenumwandlung
c: Wärmedehnung
d: spannungsinduzierte Phasenumwandlung
e: Wärmetönung infolge Phasenumwandlung
f: Umwandlung vom Verformungsenergie in Wärme
Quelle: G. Spur, Th Stöfele: Handbuch der Fertigungstechnik, Band 4/2, Wärmebehandeln,
Folie 8
17./24.11.2014
Spannungsarmglühen
Spannungsarmglühen (DIN EN 17022:2000)
- Bei vorhandenen Eigenspannungen, z.B. aus Zerstanung, Kaltumformung
- Mit ausreichend Aufmaß, damit Verformungen ausgeglichen werden können
- Bei vergüteten Stählen unter Anlasstemperatur

Ziel:
Reduzierung von Eigenspannungen
Verbesserung der Maßhaltigkeit während der weiteren Verarbeitung / Wärmebehandlung

Ablauf
− Erwärmen auf eine entsprechende Temperatur unter Ac1
unlegierte Stähle: 550 - 650°C
hochlegierte Stähle: ca. 850°C
− vergütete Stähle: unter Anlasstemperatur
− Längeres Halten auf Temperatur nicht erforderlich
− Abkühlung entsprechend Querschnitt

Anlagen:
Luftumwälzofen (Oxidation!), Schutzgasöfen

Fehlermöglichkeiten:
Temperatur zu niedrig (unzureichender Spannungsabbau)
Haltezeit zu lang (starke Oxidation)
Abkühlung zu schnell (Bildung thermischer Eigenspannungen)
Folie 9
17./24.11.2014
Spannungsarmglühen
°C
1200
1000
800
600
400
200
0
Spannungsarmglühen
Austenitisieren
Abschrecken
Abkühlen
Anlassen
Grobzerspanung
Feinzerspanung bis
Schleifaufmaß
Folie 10
17./24.11.2014
Zeit
Spannungsarmglühen
Tangentiale Resteigenspannungen
(MPa)
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Mittlere Abkühlgeschwindigkeit bis 400°C (°C/h)
Tangentiale Resteigenspannungen in Abhängigkeit von Durchmesser und Abkühlungsgeschwindigkeit (CrMoNiV-Stähle)
Quelle: G. Spur, Th Stöfele: Handbuch der Fertigungstechnik, Band 4/2, Wärmebehandeln,
Folie 11
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 12
17./24.11.2014
Rekristallisationsglühen
Rekristallisationsglühen (DIN EN 10052:1993)
Wärmebehandlung mit dem Ziel, durch Keimbildung und Wachstum ohne Phasenänderung eine
Kornneubildung in einem kaltumgeformten Werkstück zu erreichen.

Ziel:
Gefügeneubildung zur Verbesserung der Umformbarkeit

Ablauf:
-
Erwärmen auf Rekristallisationstemperatur (ca. 0,4 TS)
Halten auf Temperatur
Abkühlung

Anlagen:

Schutzgasöfen, Vakuumöfen
Temperatur zu niedrig (unzureichender Gefügeneubildung)
Haltezeit zu kurz (dto.)
Umwandlungstemperatur überschritten
Folie 13
17./24.11.2014
Verringerung der Eigenspannungen bzw. Verfestigung
Geringerer Verzug bei folgender Wärmebehandlung
Einplanen als Zwischenschritt während der Bearbeitung
Kaltverformung
Zugfestigkeit
Zugfestigkeit
Zähigkeit
•
•
•
Rekristallisation
Zugfestigkeit
Zähigkeit
Verformbarkeit
Verformungsgrad
Folie 14
Zähigkeit
Verformbarkeit
Glühtemperatur
17./24.11.2014
Rekristallisation durch Keimbildung und Keimwachstum
Folie 15
17./24.11.2014
Rekristallisationstemperatur
Folie 16
17./24.11.2014
Rekristallisationsdiagramm
Zusammenhang Verformungsgrad Korngröße
Folie 17
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 18
17./24.11.2014
Weichglühen
Weichglühen (DIN EN 10052:1993)
Wärmebehandlung zum Vermindern der Härte eines Werkstoffes auf einen vorgegebenen Wert.
Glühen auf kugelige Carbide (Zementit) / GKZ-Glühen (DIN EN 10052:1993)
Glühen mit dem Ziel einer Einformung der Carbide. Es umfaßt im allgemeinen ein längeres Halten auf
einer Temperatur bei Ac1, ggf. ein Pendeln um diese Temperatur.

Ziel:
Karbideinformung zur Verbesserung der Zerspanbarkeit bzw. Kaltumformbarkeit

Ablauf:
Erwärmen unter Ac1
längeres Halten auf Temperatur bzw. Pendeln um Ac1
Abkühlung

Anlagen:

Temperatur zu niedrig (unzureichende Carbideinformung)
Umwandlungstemperatur überschritten und Abkühlung zu schnell - Perlitbildung
Folie 19
17./24.11.2014
Weichglühen
Zementit
Fe3C
Ferrit
• Verringerung der Härte durch Einformung von
Zementitlamellen
• Verbesserte Zerspanbarkeit
• Triebkraft: kleinere Oberfläche der
Zementitkugeln (Grenzflächenenergie)
Folie 20
17./24.11.2014
Weichglühen
C10
C45
C100
Gefügezustand
N
GKZ-N
GKZ-H
Folie 21
17./24.11.2014
Weichglühen
Richtreihe 1 (0%)
Richtreihe 2 (8%)
Richtreihe 3 (20%)
Richtreihe 4 (35%)
Richtreihe 5 (60%)
Richtreihe 6 (80%)
Werksinterne (Buderus Edelstahl) Richtreihe für das GKZ-Glühen von 100Cr6;
Prozentangaben für Anteil an lamellaren Perlit
Folie 22
17./24.11.2014
Weichglühen - Carbideinformung
Folie 23
17./24.11.2014
Temperaturzyklus GKZ-Glühen
Folie 24
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7.3 Weichglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 25
17./24.11.2014
Normalglühen
Normalglühen (DIN EN 10052:1993)
Wärmebehandlung, bestehend aus Austenitisieren und anschließendem Abkühlen an ruhender
Luft

Ziel:
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Gefügeneubildung und Kornfeinung

Ablauf:
Erwärmen über Umwandlungstemperatur
(über Ac3 für untereutektoide, über Ac1 für übereutektoide Stähle)
Halten auf Temperatur
Abkühlung

Anlagen:

Temperatur zu niedrig (unzureichender Gefügeneubildung)
Abkühlung zu schroff (Zwischenstufengefüge)
Folie 26
17./24.11.2014
Normalglühen
Folie 27
17./24.11.2014
Normalglühen
Gefüge eines Baustahls vor und nach dem Normalglühen
Folie 28
17./24.11.2014
Normalglühen - Kornfeinung
Gefüge eines Vergütungsstahls – Normalgeglüht nach DB-Vorschrift
Folie 29
17./24.11.2014
Glühen - Sonderverfahren
-
BG-Glühen (Besonderes Gefüge):
auch FP-Glühen (Ferrit-Perlit)
Normalglühen bei 900-1000°C mit anschließender geregelter Abkühlung du isothermer
Umwandlung; Wärmebehandlung nach Warmumformung
-
BF-Glühen (Besondere Festigkeit):
Wärmebehandlung bei 850-950°C mit anschließendem Abkühlen aus der Schmiedehitze und
folgendem Anlassen bei 500-550°C (Vergüten)
-
BY-Glühen:
Kontrolliertes Abkühlen aus der Schmiedehitze
Folie 30
17./24.11.2014
Normalglühen - Sonderverfahren
Sonderverfahren: magnetisches Schlussglühen
- Kaltumformung führt zu Erhöhung der Koerzitivfeldstärke
- Gefügeneubildung führt zu „definierter“ Koerzitivfeldstärke
- Elektronische Bauteile/Gehäuse
Hysteresekurven:
kaltumgeformt
geglüht
Folie 31
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7.1
2.7.2
2.7.3
2.7.4
2.7.5
Spannungsarmglühen
Weichglühen
Normalglühen
Grobkornglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 33
17./24.11.2014
Diffusionsglühen
Folie 34
17./24.11.2014
Diffusionsglühen
Folie 35
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7 Glühverfahren
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 36
17./24.11.2014
Historische Härteanweisung
n.n., 1532 bei Peter Jordan in Mainz gedruckt:
Von Stahel und Eysen
Erstlich wie man Eysen härten und wieder weich machen
soll.
Nimm Eisenkraut, sowohl die Stengel als auch die Blätter
Zerstampfe es und presse den Saft durch ein Tuch, tue den Saft
in ein Glas und hebe es auf
Wenn Du dann Härten willst, so tue auch soviel Harn eines
Mannes dazu als Saft vorhanden ist
Tue ferner Saft von den Würmern dazu, die man Egerlinge nennt
Lass dann das Eisen nicht gar zu heiß werden
Sondern nur bis es eine ausreichende Hitze hat …
Die Härte des Eisens zu beseitigen
Lasse Menschenblut abstehen, bis Wasser darauf steht
Dieses Wasser wird abgesiebt und aufbewahrt
Danach halte die gehärteten Waffen ins Feuer
Bis dass sie heiß werde
Dann streiche das Blutwasser mit einer Feder auf
Wenn das Wasser verdampft ist, so werden sie weich…
Folie 37
17./24.11.2014
Begriffe der Wärmebehandlung (EN 10052)
Härten

Härten

Austenitisieren

Abschrecken

Abkühlungsgeschwindigkeit

kritischer Abkühlverlauf
Wärmebehandlung bestehend aus Austenitisieren und Abkühlen unter solchen Bedingungen, dass
eine Härtezunahme durch mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in Martensit
und ggf. Bainit erfolgt.
Wärmebehandlungsschritt, in dessen Verlauf das Werkstück auf eine Temperatur gebracht wird, bei
der die Matrix austenitisch wird.
Wärmebehandlungsschritt, bei dem Werkstück mit größerer Geschwindigkeit als an ruhender Luft
abgekühlt wird.
Sie gibt die Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit während des Abkühlens an. Man unterscheidet:
die momentane Abkühlgeschwindigkeit bei einer bestimmten Temperatur
die mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit in einem bestimmten Temperaturintervall
Abkühlverlauf, bei dem eine vollständige Umwandlung (bei Vermeidung ungewünschten Gefüges)
unter den vergleichsweise mildesten Abkühlbedingungen erreicht werden.
Folie 38
17./24.11.2014
Begriffe der Wärmebehandlung (EN 10052)
Härten

Bainitisieren; isothermes Umwandeln in der Bainitstufe;
Zwischenstufenvergüten
Wärmebehandlung, bestehend aus Austenitisieren und anschließendem gestuften Abschrecken auf
eine Temperatur oberhalb MS mit solcher Geschwindigkeit, dass jegliche Bildung von Ferrit oder
Perlit vermieden wird, und Halten auf dieser Temperatur, um den Austenit teilweise oder vollständig
in Bainit umzuwandeln.

Anlassen
Wärmebehandlung, die im allgemeinen nach einem Härten oder einer anderen Wärmebehandlung
durchgeführt wird, um gewünschte Werte für bestimmte Eigenschaften zu erreichen.
Sie besteht aus ein- oder mehrmaligem Erwärmen auf eine vorgegebene Temperatur (<Ac1), Halten
auf dieser Temperatur und anschließendem zweckentsprechenden Abkühlen.

Vergüten

Warmbadhärten
Härten und Anlassen bei höherer Temperatur, um die gewünschte Kombination der mechanischen
Eigenschaften, insbesondere Zähigkeit und Duktilität, zu erreichen.
Wärmebehandlung, bestehend aus Austenitisieren, anschließendem gestuften Abschrecken auf
eine Temperatur dicht oberhalb MS, mit solcher Geschwindigkeit, dass die Bildung von Ferrit, Perlit
oder Bainit vermieden wird, und einem ausreichend langen Halten bei jener Temperatur, um einen
Temperaturausgleich über den Querschnitt zu erzielen, jedoch nicht zu lange, um Bainitbildung zu
vermeiden.
Folie 39
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7 Glühverfahren
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 40
17./24.11.2014
Härte von Martensit
30
25
Härte HV10
800
20
600
15
Härte HV10
10
mit Resaustenit
400
Bruchdehnung A5
5
200
Bruchdehnung A5 (%)
1000
0
0,0
Folie 41
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Massengehalt C (%)
1,2
1,4
17./24.11.2014
Bedingungen für die Martensitbildung
Abkühlgeschwindigkeit schneller als kritischer Abkühlverlauf (vkrit.)
Temperatur kleiner als Martensitstarttemperatur (MS).
500
1400
Ms / Mf Temperatur
Kritische
Abkühlgeschwindigkeit
1200
400
300
Ms
800
200
(°C)
(K/s)
1000
600
≈
100
400
Mf
≈
0
0
200
0,4
0,8
-100
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
C- Gehalt (Gew. %)
1,4
1,6
1,8
-200
C- Gehalt (Gew. %)
Empirische Formel zur Abschätzung der Martensitstarttemperatur:
MS (1%) = 561 - 474 (%C) - 33 (%Mn) - 17 (%Cr) - 17 (%Ni) - 21 (%Mo) [°C]
Mf (50%) = MS - 63°C
Mf (95%) = MS - 272°C
Mf (99%) = MS - 424°C
Folie 42
17./24.11.2014
1,2
Temperaturzyklus beim Härten
1. Erwärmen (gestuft)
2. Austenitisieren
(spez. Härtetemperatur)
3. Abschrecken
so mild wie möglich, so schroff wie nötig
4. Anlassen
Quelle: Stahl-Informationszentrum
Folie 43
17./24.11.2014
Das Austenitisieren
Parameter
Austenitisierungstemperatur:
Ist werkstoffabhängig und kann entsprechenden Datenblättern entnommen
werden. Prinzipiell steigt die Austenitisierungstemperatur mit zunehmenden
Gehalt an Sonderkarbidbildnern, da die Karbide im Gefüge in Lösung gebracht
werden müssen.
Darf nicht zu hoch sein, da es sonst zu unerwünschter Kornvergröberung kommt
(Überhitzung)
Austenitisierungszeit:
Muss lang genug sein, um homogenen Austenit zu bilden
Darf insbesondere bei hohen Härtetemperaturen nicht zu lang sein, da es sonst
zu einer unerwünschten Kornvergröberung kommt (Überzeitung)
Folie 44
17./24.11.2014
Austenitisierungstemperaturen
1600
1: Unlegierte Stähle
C45, C60, C100
Temperatur in C
1400
2: Niedrig legierte Vergütungsstähle
42CrMo4, 50 CrV4, 30MnB4
1200
3: Niedriglegierte Wälzlagerstähle
100Cr6, 100CrMo6-7
7
6
4,5
1000
4: Hochlegierte Warmarbeitsstähle
X38CrMoV5-1, X32CrMoV3-3
5: Härtbare korrosionsbeständige Stähle
X40Cr13, X39CrMo17-1, X105CrMo17
2
800
3
1
6: Ledeburitische Kaltarbeitsstähle
X210Cr12, X155CrVMo12-1
7: Schnellarbeitsstähle, PM-Stähle
HS6-5-2, HS6-5-2-5
600
0
1
2
3
Gew.% C
Folie 45
17./24.11.2014
Abschrecken - Abschreckmedien
Abschreckmittel
Gasförmige (bis
20 bar)
• Luft
• N2
• He
• H2
Folie 46
Flüssige
Bei RT feste
• Härteöle
(Mineralöle,
synthetische Öle)
• Wässerige
Lösungen
(Polymerbäder)
• Metallschmelzen
(Blei, Zinn)
• Salzschmelzen
(Nitritbasis)
17./24.11.2014
Abschrecken - Dampfhautbildung
Folie 47
17./24.11.2014
Abschrecken - Abschreckmedien
3000
Abschreckgeschwindigkeit (K/s)
2500
10%ige
Cyanidsalzlösung
Leitungswasser
2000
legiertes Öl
1500
unlegiertes Öl
1000
Salzschmelze
(Warmbad 210°C)
500
0
0
200
400
600
800
Temperatur (°C)
Folie 48
17./24.11.2014
Restaustenit
Liegt die Martensitfinishtemperatur unterhalb Raumtemperatur, so bleibt im Gefüge
nicht umgewandelter Austenit erhalten, welcher als Restaustenit bezeichnet wird.
Dieser ist jedoch nicht stabil und kann im Laufe der Zeit in Martensit umwandeln,
weswegen er in der Regel unerwünscht ist.
Abhilfemaßnahmen:
-
Anlassen
-
Tiefkühlen unter Mf
Folie 49
17./24.11.2014
Morphologie des Martensits
gemischt
Ck45
Temperatur in °C
Ck15
Restaustenit (RA)
Plattenmartensit (PM)
(Nadel-Martensit) Habitusebene
C70
Ms
Mf
Kohlenstoffgehalt in Ma.-%
Folie 50
C160
Volumenanteil in %
Lanzettenmartensit (LM)
(Massiv-Martensit)
REM
LM
RA
PM
Kohlenstoffgehalt in Ma.-%
STH/03-
17./24.11.2014
Gefügeausbildung von Martensit
Nach dem Umklappen ins Martensitgitter hat der Kohlenstoff eine wesentlich höhere
Diffusionsgeschwindigkeit als im Austenit. Aus diesem Grund scheiden sich noch während der
Abkühlung bei den zuerst (bei hohen Temperaturen) gebildeten Martensitplatten feinste
Karbidausscheidungen aus. Dadurch ätzen sie sich im Schliff dunkel an.
Folie 51
17./24.11.2014
Inhalt Block 3
2.7 Glühverfahren
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 52
17./24.11.2014
Stirnabschreckversuch nach Jominy
Folie 53
17./24.11.2014
Härteverlauf Jominy-Probe
AC3
800
AC1
Temperatur (°C)
A
F
600
P
B
MS
400
M
200
0
2
Härte HV10
800
10
20 30 50
Stirnabstand (mm)
600
400
200
0
0,1
Folie 54
1
10
102
Abkühldauer t8/5 (s)
103
104
17./24.11.2014
105
Stirnabschreckkurven
70
70
C45E+H
C45R+H
60
Härte (HRC)
Härte (HRC)
60
42CrMo4+H
42CrMo4+HH
42CrMo4+HL
42CrMoS4+H
42CrMoS4+HH
42CrMoS4+HL
50
40
50
HH
40
H
30
HL
30
H
20
20
0
10
20
30
Abstand von der Stirnfläche (mm)
0
40
50
10
20
30
Abstand von der Stirnfläche (mm)
DIN 10083 - Vergütungsstähle
Folie 55
17./24.11.2014
Härtbarkeit
Folie 56
17./24.11.2014
Härtbarkeit
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
Durchmesser
10
40 mm
0
100
200 mm
Werkstoff
10
1000 mm
50 CrMo 4
41 Cr 4
Ck 45
0
10
0
75
50
Folie 57
25
0
25
50
75
100
20
15
10
5
17./24.11.2014
5
15
20
Härtbarkeitsdiagramm
0
20
64 HRC
62 HRC
60 HRC
40
Salzbadabschreckung
60
80
54 HRC
Werkstückdurchmesser (mm)
100
120
140
160
180
200
1.2842
90MnCrV8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Einhärtungstiefe (mm)
Folie 58
17./24.11.2014
Härtbarkeitsdiagramm
0
20
40
0
20
64 HRC
62 HRC
60 HRC
Salzbadabschreckung
40
Salzbadabschreckung
60
60
80
80
54 HRC
100
120
140
160
1.2842
90MnCrV8
180
200
0 10 20 30 40
Folie 59
50
60
70
80
90
100
100
62 HRC
120
140
160
1.2436
X210C12
180
200
60 HRC
0 10 20 30 40
17./24.11.2014
50
60
70
80
90
100
Inhalt Block 3
2.7 Glühverfahren
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.9
Bainitisches Härten / Zwischenstufenvergüten
Folie 60
17./24.11.2014
Anlassen
C45
Anlassen:
• Mit steigender
Temperatur sinkt Härte
und Festigkeit
• Bruchdehnung und
Zähigkeit steigen
• Die einzustellenden
Werte richten sich nach
den konstruktiven
Anforderungen
Folie 61
17./24.11.2014
0,2%-Dehngrenze Rp0,2 und Zugfestigkeit Rm (MPa)
1600
Rp0,2
1400
1200
1000
800
100
Folie 62
200
Rm
Bereich der Anlassversprödung
erhöhter Gehalt an z.B. P, Sn,, As
Bereich der 300°C-Versprödung
„Blauversprödung“ / Fe3C-Bildung
70
40NiCrMo6
1800
Z
300
400
500
Anlasstemperatur (°C)
K
600
600
60
50
40
30
20
A
10
0
700
17./24.11.2014
60
50
40
30
20
10
0
Kerbschlagarbeit K / DVM-Probe (J)
2000
Bruchdehnung A und Brucheinschnürung Z (%)
Anlassversprödung
70
Anlassstufen gehärteten Stahls
4
3
2
1
0
100
200
300
400
500
600
Anlaßstufen:
1.
tetragonaler Martensit è kubischer Martensit
3.
Ausscheidung von ε-Karbiden (Fe2C)
>
2.
Volumenverringerung
kubischer Martensit è Ferrit + Fe3C
>
4.
Volumenverringerung
Vergröberung der Karbide
Ausscheidung von ε-Karbiden
Restaustenit è kubischer Martensit
ε-Karbide è Fe3C
>
Volumenverringerung
Folie 64
17./24.11.2014
Anlassdiagramme
1.1730
1.2311
1.2343
1.3343
– C45
– 40CrMnMo7
– X38CrMoV5-1
– HS-6-5-2
Folie 65
17./24.11.2014
Sekundärhärtemaximum
Auswirkung der
Austenitumwandlung
Karbidausscheidungen
Auswirkung von
Karbidausscheidungen
M3 C
↓
Härte
Beobachtete
Anlasskurve
M7C3
↓
M23C6
Auswirkung des
Martensitzerfalls
Anlasstemperatur
Folie 66
17./24.11.2014
60
60
MoGehalt
Cr-Gehalt
30
20
10
12%
4%
40
30
20
2%
0,5%
10
0%
0
100
40
Härte(HRC)
50
Härte(HRC)
50
5%
2%
0,5%
0%
0
200
300
400
500
600
Folie 67
700
800
100
200
300
400
500
600
17./24.11.2014
700
800
Ausscheidungen in Stählen
Ausscheidung
Struktur
krz
Matrix
kfz
Ausscheidung
Eisenverbindung mit interstitiellen Begleitern
Fe-X
>150°C
Fe2C
hex
ε-Karbid
+
Fe3C
orh
Zementit
+
Fe16N2
trz
α‘‘-Nitrid
++
Fe4N
kfz
γ'-Nitrid
+
>250°C
++
>450°C
>600°C
-
MC
kfz
V, Nb, Ti
+
M 2C
hex
Mo, V
+
M7C3
hex
Cr
-
-
M23C6
kfz
Cr
-
+
M 6C
kfz
Mo, W
-
-
MN
kfz
Cr
+
MN
hex
Al
-
M 2N
hex
Cr
-
Folie 68
krz
Matrix
kfz
Intermetallische Verbindungen
Metallverbindung mit interstitiellen Begleitern
M-X
Struktur
M-M
>450°C
>700°C
NiAl
krz
B2-Phase
Ni3Al
kfz
γ‘-Phase
Ni3Ti
hex
η-Phase
-
Fe7(Mo,W)6
rh
µ-Phase
-
Fe2(Mo,W)
hex
Laves-Phase
-
+
FeCr
tetr
σ-Phase
-
-
Fe36Cr12Mo10
kKrz
χ-Phase
-
-
(Fe,Ni)16Ti6Si7
kfz
G-Phase
+
+
++
inkohärent
teilkohärent
kohärent
-
17./24.11.2014
++
++
-
Inhalt Block 3
2.7 Glühverfahren
2.7.3 Weichglühen
2.7.4 Normalglühen
2.8.3 Anlassen
Folie 69
17./24.11.2014
Isothermes ZTU-Diagramm von 100Cr6
Temperatur
Martensitisches Härten
Zeit
Bainitisches Härten
Unterer Bainit
Temperatur
Oberer Bainit
Zeit
•
•
Als Warmbäder finden überwiegend Salzschmelzen mit einer Schmelztemperatur von 140 bis 200°C
Verwendung (Reinigung!)
In Entwicklung befindet sich Bainitisieren mit vorgewärmten Gasen (z.B. Stickstoff) im Hochdruck
Folie 70
17./24.11.2014
Mechanische Eigenschaften Bainit
bainitische Proben
2500
Spannung [N/mm²]
martensitische Proben
Kerbschlagzähigkeit (J)
250
C67
200
2000
1500
1000
500
150
0
0
1
2
100
3
4
5
6
7
8
Dehnung L
Zugversuch 100Cr6
50
0
48
50
52
54
Härte (HRC)
Ölgehärtet
Bainitisch gehärtet
Folie 71
56
58
•
•
•
•
•
Geringere Maß- und Formänderung
Keine Zugeigenspannungen in der Oberfläche
Bessere dynamische Eigenschaften
Höhere Zähigkeit bei gleicher Festigkeit
Geringere Rissempfindlichkeit
17./24.11.2014
9
10

Kein Folientitel - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Transcription

Similar documents

4 Stahlsorten – Normen und Verwendungsgruppen

Nitrierstahl Nitrodur - Deutsche Edelstahlwerke GmbH

Allgemeine Einbauanleitung Hollandia 400 Classic

16. August 2009 auf dem Gut Bohmerhof in Wackersberg

Austempered Ductile Iron – Steigerung der mechanischen

Kein Folientitel - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Inhaltsverzeichnis - beim Kanton Aargau

Klausur vom 22.09.2016

Normen für NE-Metall-Gießereien

Mitteilungen Heft 118 01/09 - beim Alpenverein Sektion

1 wärmebehandlung - ibf-Industrie