Stahlguss - Konstruieren und Gießen - Bundesverband der ...

5Wärmebehandeln
Stahlguss wird mit wenigen Ausnahmen immer
wärmebehandelt (Bild 29). Dabei werden
folgende Ziele angestrebt:
- Vermindern der erstarrungsbedingten
Seigerungen, hauptsächlich bei größeren
Gießquerschnitten,
- Kornfeinen des relativ grobkörnigen
Erstarrungsgefüges bei umwandlungsfähigen
Sorten,
- Erzielen der legierungsabhängigen
Werkstoffeigenschaften durch qualitätsbestimmendes
Wärmebehandeln.
Im Vergleich zu den umgeformten Stählen
sind die Haltezeiten beim Wärmebehandeln
von Stahlguss im allgemeinen länger, was
dem gewünschten Diffusionsausgleich der
Seigerungszonen sowie den meist größeren
Wanddicken entgegenkommt. Im übrigen
besteht bezüglich der legierungstechnisch
erforderlichen Wärmebehandlungsschritte
zwischen umgeformtem und
gegossenem Stahl kein grundsätzlicher
Unterschied.
Die Ofeneinrichtungen zum Wärmebehandeln
sind in der Mehrzahl leicht isoliert
und werden über eine Vielzahl gleichmäßig
verteilter, vorwiegend rechnergesteuerter
Kleinbrenner beheizt. Dies gewährleistet
das exakte Einhalten der Aufheiz- und
Abkühlkurven und während der Haltezeit
eine gleichmäßige Temperaturverteilung im
Ofen, auch bei stark wechselnder Belegungsdichte.
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Kurze Wege zu den Abschreckbädern begünstigen
das Einhalten einer gleichmäßigen
Abschrecktemperatur am ganzen
Gussstück (Bild 30). Mögliche Maßabweichungen
durch Verzug oder Verzundern
der Oberfläche werden durch entsprechende
Maßnahmen wie zum Beispiel Auflagen
im Glühofen oder Maßzugaben kontrolliert.
Da üblicherweise nicht in Schutzgasatmosphäre
wärmebehandelt wird, weist
die Randschicht meist eine legierungsabhängige
Entkohlungszone auf.
Die nachfolgend beschriebenen wichtigsten
Wärmebehandlungsverfahren beziehungsweise
-schritte können je nach
Werkstoffgruppe oder Gussstückkategorie
teilweise entfallen oder werden miteinander
kombiniert. Eine Übersicht der Temperaturlagen
beim Wärmebehandeln von unlegiertem
Stahlguss wird im Bild 29 gegeben.
5.1 Vorbereitendes Wärmebehandeln
Zu den vorbereitenden Wärmebehandlungsverfahren
gehören unter anderem das
Diffusionsglühen, das Normalglühen, das
Weichglühen und das Spannungsarmglühen.
Angestrebt werden die im Folgenden
aufgeführten Ziele:
- Ausgleich von Kristallseigerungen,
- feineres Ausgangsgefüge für ein nachfolgendes
Vergüten,
Bild 29: Temperaturlage der Wärmebehandlungsverfahren für unlegierten Stahlguss im
Zustandschaubild Eisen - Kohlenstoff
A1 - Umwandlungstemperatur Austenit - Perlit (Linie P - S)
A3 - Umwandlungstemperatur Ferrit - Austenit (Linie G - S)
- Senken des Risikos der Rissbildung
beim thermischen Bearbeiten wie
Brennschneiden oder Fugenhobeln,
- Erleichtern des spanenden Vorbearbeitens,
zum Beispiel zum Verringern
der maßgebenden Wanddicken, damit
das Durchvergüten begünstigt wird.
5.2 Qualitätsbestimmendes
Wärmebehandeln
Die Art der qualitätsbestimmenden Wärmebehandlung
ist in der Regel in Normen,
normähnlichen Regelwerken und/oder Kundenvorschriften
spezifiziert. Hierzu gehören
beispielsweise das Normalglühen (Normalisieren),
Härten, Vergüten und Spannungsarmglühen.
Zur Gewährleistung der erwarteten
Eigenschaften sind einige stahlgussspezifische
Besonderheiten zu beachten,
die sich im Wesentlichen aus der freien
Gestaltungsmöglichkeit von Stahlgussstücken
ergeben:
• Die Gestalt des Gussstückes muss
ein gegebenenfalls erforderliches
Abschrecken in einem Flüssigkeitsbad
zulassen. Neben schroffen Wanddickenübergängen
müssen auch
schlecht zugängliche Innenräume beachtet
werden.
• Die angestrebten Eigenschaften können
im Allgemeinen nur bis zu den in
den Normen oder normähnlichen Regelwerken
aufgeführten maßgeblichen
Wanddicken erwartet werden.
• Die vom Konstrukteur festgelegte
Werkstoffsorte muss bezüglich der erwarteten
Eigenschaften mit der maßgeblichen
Wanddicke beziehungsweise
mit der erreichbaren Abkühlgeschwindigkeit
abgestimmt sein. Abgekühlt
wird üblicherweise im Wasseroder
Ölbad sowie an bewegter oder
ruhender Luft.
• Die Werkstoffspezifikation darf nicht
überbestimmt sein, zum Beispiel durch
zu enge Spannen bei den Wärmebehandlungstemperaturen
bei gegebenen
Mindestwerten für die mechanischen
Eigenschaften.
Die werkstofftechnischen Zielsetzungen für
die wichtigsten Werkstoffgruppen lauten:
• Feinkörniges Schwarz-Weiß-Gefüge
(Ferrit-Perlit) bei un- bis niedriglegiertem
Stahlguss, erzielt durch ein
Normalglühen,
• Möglichst 100 % Vergütungsgefüge
(angelassener Martensit und unterer
Bainit) bei niedrig- bis hochlegiertem
Vergütungsstahlguss zum Gewähr-
konstruieren + giessen 29 (2004) Nr. 1