102410_Leseprobe

2,5 s nach Durchgang durch 850 °C wird bei einer Temperatur von 685 °C das Gebiet der Ferritumwandlung (F)
erreicht. Beim weiteren Abkühlen unter die eingezeichnete Umwandlungslinie beginnt die Ferritumwandlung. Diese
wird bei 6,7 s und einer Temperatur von 600 °C abgeschlossen (das Ende der Ferritumwandlung wurde hier
gestrichelt eingezeichnet, da in diesem Fall dilatometrisch der Übergang von der Ferrit- zur Zwischenstufenumwandlung
nur annähernd bestimmt werden konnte). Die gebildete Ferritmenge beträgt 37 %, das heißt, dass bei
600°C neben 37 % F noch 63 % bisher nicht umgewandelter unterkühlter Austenit vorliegt. Die Zwischenstufenumwandlung
(Zw) folgt unmittelbar auf die Ferritumwandlung und ist bei 7,6 s und 570 °C abgeschlossen. Die
gebildete Zwischenstufenmenge ist rechts neben der Abkühlungskurve mit 43 % angegeben. Beim weiteren
Abkühlen können infolge der gesunkenen Temperatur Diffusionsvorgänge nur noch unvollkommen ablaufen,
sodass keine nennenswerten Umwandlungsvorgänge gemessen werden können. Erst beim Erreichen der M s -Linie
nach 10,2 s wird bei 460 °C die thermodynamische Triebkraft infolge der wachsenden Differenz der freien
Enthalpie (entsprechend der Unterkühlung unter die Gleichgewichtstemperatur) so groß, dass die martensitische
Umwandlung ablaufen kann. Die Martensitumwandlung (M) geht unterhalb der M s -Linie vonstatten. Der bei M s
noch vorliegende Austenitanteil wandelt unterhalb M s bis Zimmertemperatur vollkommen martensitisch um, wenn in
den Schaubildern keine Restaustenitgehalte angegeben sind. Zum Beispiel werden in den Schaubildern von M 10
bis M 12 Restaustenitanteile (RA) von 5 oder 10 % angegeben. Für den vorliegenden Stahl R 1 ergeben sich für
die vierte Abkühlungskurve 37 % Ferrit, 43 % Zwischenstufe und 20 % Martensit. Die für diese Gefügekomposition
gemessene Härte wird mit 206 HV 30 abgelesen.
In gleicher Weise erhält man für alle anderen Abkühlungskurven in jedem Schweiß-ZTU-Schaubild entsprechende
Angaben. Die Diagramme der mechanisch-technologischen Gütewerte sind in Abhängigkeit von der Abkühlzeit t A
im Temperaturintervall von 850 bis 500 °C aufgestellt. Für die als Beispiel betrachtete Abkühlungskurve des
Schaubildes R 1 ergibt sich beim Schnitt der 500 °C-Isotherme eine Abkühlzeit t A = 9,2 s.
Für die vorliegende Gefügezusammensetzung ergeben sich bei t A = 9,2 s aus dem Diagramm der mechanischtechnologischen
Gütewerte für R 1 die zugehörigen Eigenschaften Härte (206 HV 30), Zugfestigkeit (635 N/mm²),
0,2-Dehngrenze (425 N/mm²), Bruchdehnung (18 %), Brucheinschnürung (43 %) und Kerbschlagarbeit (17,5 J).
Die einfache Zuordnung zwischen Gefüge und mechanisch-technologischen Gütewerten wird an Bild 2-7 demonstriert.
Für alle untersuchten Stahlmarken wurden metallografische Untersuchungen durchgeführt. Eine Auswahl
charakteristischer Gefügebilder (einschließlich des Ausgangszustandes) ergänzt die Schweiß-ZTU-Schaubilder.
Die Schliffe wurden mit 3 %-iger Salpetersäure (HNO 3 ) geätzt und mit 500-facher Vergrößerung aufgenommen.
Die zugehörigen Abkühlzeiten sind aus den Schliffbildern ersichtlich.
2.6 Ermittlung der Abkühlzeit
2.6.1 Allgemeines
Für die Anwendung von Schweiß-ZTU-Schaubildern ist die Kenntnis von Abkühlzeiten erforderlich. Diese stellen
den Bezug zwischen der Schweißtechnologie und der Konstruktion auf der einen Seite und dem Werkstoff auf der
anderen Seite her. Schweißverfahren, Schweißdaten, eine eventuelle Vorwärmung als technologische Haupteinflussfaktoren
sowie Nahtart und -form, Werkstückdicke und damit wärmeableitender Querschnitt als konstruktive
Haupteinflussfaktoren bestimmen Abkühlgeschwindigkeit und Abkühlzeit. Über die Abkühlzeit ergeben sich Zuordnungen
zwischen Technologie und Konstruktion und den im Werkstoff der Schweißverbindung vorhandenen
Gefügen und der dadurch bestimmten Eigenschaftsdegradationen der mechanisch-technologischen Gütewerte.
Nur durch diese Abhängigkeitskette wird die Anwendung des sogenannten Abkühlzeitkonzeptes sinnvoll.
Als Abkühlzeit wird die während des Abkühlverlaufes aus der Schweißhitze zum Durchlaufen eines bestimmten
Temperaturintervalls benötigte Zeit bezeichnet. Prinzipiell können zur Charakterisierung des Abkühlverlaufes
beliebige Temperaturintervalle herangezogen werden. Üblich sind jedoch in der Schweißpraxis Temperaturintervalle,
in denen der Austenitzerfall vonstattengeht und die damit auch im Umwandlungsschaubild direkt abgelesen
werden können. Da eine sinnvolle obere Temperaturgrenze mit der A 3 -Temperatur gegeben ist und diese für
die schweißgeeigneten Stähle im Bereich um 850 °C liegt, wird zur Charakterisierung des Abkühlverlaufes im
Schweiß-ZTU-Schaubild häufig die Abkühlzeit zwischen 850 und 500 °C (t A ) herangezogen. Diese Abkühlzeit wird
von den Autoren bevorzugt, da sich durch neuere Stahlentwicklungen in Richtung auf perlitarme Stähle die A 3 -
Temperatur zu höheren Temperaturen verschiebt. Jedoch sind auch andere Temperaturintervalle üblich und zur
Charakterisierung des Abkühlverlaufes und zur Zuordnung von technologischen Schweißparametern und Gefügen
in Schweiß-ZTU-Schaubildern bzw. mechanisch-technologischen Gütewerten in den Eigenschaftsdiagrammen
geeignet. So wird häufig die Abkühlzeit t 8/5 als Abkühlzeit zwischen 800 und 500 °C verwendet oder auch als
untere Temperaturgrenze des Abkühlzeitintervalls 300 °C benutzt. Letzteres ist dann der Fall, wenn die Frage der
Wasserstoffdiffusion ein relevantes Beurteilungskriterium ist.
Da die Abkühlzeiten neben den genannten Faktoren durch eine Vielzahl miteinander korrelierender Größen beeinflusst
werden [26 bis 29], ist eine exakte Ermittlung der Abkühlzeit nur dann möglich, wenn alle wirkenden
Einflussfaktoren mit ihren absoluten Werten bekannt sind. Das ist aber nur in den seltensten Fällen möglich.
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