Werkstofftechnik Maschinenbau

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236 Die Nacharbeit eines gehärteten Werkstücks ist mit hohen Kosten verbunden, da ein mar ten siti sches Ge füge in der Regel nur noch durch Schleifen bear - beitet wer den kann. Eine wirt schaftli che Fertigung verlangt daher ein verzugsarmes Härten. Dies kann auf un terschiedli che Weise erreicht werden: 1. Verwendung von legierten Stählen in Verbindung mit milden Abschreckmitteln (Kapi tel 6.4.4.6). 2. Richtiges Eintauchen des Werkstücks sowie rich - tiges Bewegen in der Abschreckflüssigkeit. Auf die - se Weise kann eine rasche Ablösung der Dampf - blasen auf der Werkstück ober fläche er reicht wer den (Bild 1, Seite 237). Anhaf tende Dampf bla - sen wirken wär me däm mend und ver hindern dadurch eine gleich mä ßige Abküh lung. Für das richtige Eintau chen in die Ab schreckflüs sigkeit gelten die folgenden Regeln (Bild 2): � Stabförmige Bauteile in Längsrichtung eintau - chen, � Werkstücke mit dem größten Quer schnitt vor aus eintauchen, � Werkstücke mit Grundbohrungen müs sen mit der Öffnung nach oben einge taucht wer den, damit die Dampfblasen entweichen können, � flache Werkstücke werden mit der schmalen Seite voraus eingetaucht. Bild 1: Entstehung von Härterissen 6 Eisenwerkstoffe 3. Wahl eines geeigneten Härteverfahrens: Beim normalen Härten (auch als konti nu ierli ches Härten, einfa ches Härten oder direk tes Härten be zeichnet) wird das Werkstück aus der Ab - schreck temperatur kon tinuier lich ab ge kühlt (Bild 3a). Da bei können ins be son dere bei ho hen Ab - kühl ge schwindigkeiten durch einen un voll stän - digen Tempe ra tur aus gleich zwi schen Rand und Bild 2: Richtiges Eintauchen beim Abschrecken Kern des Werk stücks Wärme span nungen und damit Verfor mungen oder gar Risse (Härte risse) auf treten. Mit die sem Verfahren sollen da her nur geo metrisch ein fa che Werkstücke gehär tet werden bzw. es muss auf le gierte Stähle zu rückge grif fen wer den, da bei diesen Stählen die not wendige Ab - kühlge schwin digkeit zur Martensitbildung niedri ger ist. Bild 3: Temperatur-Zeit-Verlauf unterschiedlicher Härteverfahren
6.4 Wärmebehandlung der Stähle 237 Beim gebrochenen Härten wird der Stahl zuerst schroff (meist in Wasser) ab ge schreckt. Nach Er rei chen einer bestimm ten Abfangtemperatur (etwa 300°C bis 400°C) wird das Werk stück ent nommen und in Öl weiter bis auf Raum temperatur abge kühlt (Bild 3b, Seite 236). Das gebrochene Härten ver bindet die Vorteile des schnel len Abküh lens (führt zu mehr oder weniger voll ständiger Mar ten sitbil dung) mit einer geringen Ver zugs- und Rissnei gung, da unterhalb der Abfangtemperatur lang sam abge kühlt wird und damit ein besse rer Tempera tur aus gleich zwi schen Rand und Kern stattfinden kann. Beim Warmbadhärten, auch als iso thermes Härten bezeichnet, wird der Stahl zunächst in einem Warmbad (Warmbadhärteöle, Salz- oder Metallschmelzen, Wirbelbetten), des sen Tempera tur ge ring fügig über der Temperatur des Mar tensit-Startpunk tes (M S-Tem pera tur) liegt, abge schreckt. Nach ei ner gewis sen Haltezeit auf Bad tem peratur, die dem Tem peratur ausgleich zwischen Rand und Kern des Werk - stücks dient, er folgt die mit einer Martensitbil dung verbun dene wei tere Abküh lung an ru hender Luft oder in Öl bis auf Raum temperatur (Bild 3c, Seite 236). Für das Warmbadhärten sind in der Regel nur Werkstücke mit kleinen Quer schnitten geeignet, da das Warm bad dem Werk stück die Wärme we - sent lich langsamer ent zieht als bei spiels weise Öl oder Wasser. 6.4.4.12 Abschrecken und Abschreckmittel Nach dem Austenitisieren und einem zweck ent - spre chenden kurzen Halten wird das Werk stück mit ei ner für die geforderte Härtung entsprechenden Ge schwindigkeit abgekühlt. Die Abkühlung muss dabei so erfolgen, dass die Perlit- und Bainitbildung unter drückt wird und eine weitgehende Umwandlung des Austenits in der Martensitstufe erfolgt. Hier zu muss die Abkühlgeschwindigkeit in den betreffenden Be reichen des Werk stücks größer sein als die obere kritische Abkühlgeschwindigkeit (Kapitel 6.4.4.6). Er folgt die Abkühlung schneller als an ruhender Luft, dann spricht man nach DIN EN 10052 von Ab schrecken. Die am häufigsten verwendeten flüs sigen Ab - schreck mittel (z.B. Was ser oder Öl) ent ziehen dem Bau teil die Wärme nicht gleich mä ßig. In flüssigen Ab schreckmitteln, de ren Siede temperatur unterhalb der Härte tempe ratur liegt, läuft der Abkühl vor - gang in drei Phasen ab (Bild 1): 1. Dampfhautphase: Unmittelbar nach dem Eintau - chen bildet sich auf der Werk stücko berflä che ein wärme isolierender Dampf man tel (Leidenfrost- Phänomen). Die Ab kühlwir kung ist dement spre - chend ge ring, 2. Kochphase, 3. Konvektionsphase. Bild 2 zeigt, dass mit der Wahl des Ab schreck - mit tels der Tempe raturbe reich der drei Ab kühl - phasen (Bild 1), insbeson dere die Lage der maximalen Abschreckge schwindigkeit, festge legt wird. Mit Hilfe der verfügbaren Abschreckmittel (s.u.) können Ab schreck geschwindigkeiten im Be reich von etwa 2 K/s bis zu 3000 K/s na hezu be lie big ein - ge stellt werden. Das optimale Ab schreckmit tel sollte bei Temperatu ren im Be reich der Perlitstufe (etwa Bild 1: Abkühlphasen in flüssigen Abschreckmitteln Bild 2: Vergleich der Abschreckwirkung flüssiger Abschreckmittel
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