Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

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Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple d) Spannungsarmglühen von Stählen: 1. Erwärmung: 500 °C ... 650 °C (abhängig von der Stahlsorte bzw. vom Werkstoffzustand des Stahles) 2. Haltedauer: 1 h ... 2 h (abhängig von der Werkstückdicke) 3. Langsame Abkühlung Besonders beachtet werden muss, dass die gewählte Glühtemperatur keine unerwünschten Gefügeveränderungen zur Folge hat (z. B. Veränderung eines bereits über eine Wärmebehandlung eingestellten Vergütungsgefüges). e) Die inneren Vorgänge beim Spannungsarmglühen können der Kristallerholung zugeordnet werden. Bei der Kristallerholung findet im Wesentlichen eine Umordnung der Versetzungen (Polygonisation) unter Bildung einer Subkornstruktur statt. Die Versetzungsdichte ändert sich kaum (keine ausgeprägte Versetzungsannihilation). Damit werden die mechanischen Eigenschaften nur unwesentlich verändert. Auch treten keine nennenswerten Gefügeveränderungen auf. Lediglich die Spannungsspitzen werden durch plastische Verformung reduziert. f) Durch Spannungsarmglühen können Eigenspannungen nur bis zur jeweiligen Warmstreckgrenze vermindert werden. Eine vollständige Beseitigung ist nicht möglich. Die Bezeichnung „Spannungsfreiglühen“ ist daher nicht korrekt (siehe auch Lehrbuch, Seite 80, Bild 5.6). Lösung zu Aufgabe 5.5 a) Mit zunehmendem Umformgrad nimmt die Anzahl der Versetzungen (Versetzungsdichte) zu (� Frank-Read- Mechanismus). In Folge behindern sich die Versetzungen in ihrer Fortbewegung gegenseitig. Zur Aufrechterhaltung der Versetzungsbewegung bedarf es einer zunehmend höheren (Schub-)Spannung. Die Festigkeit des Werkstoffs steigt, während sich die plastische Verformbarkeit bzw. die Zähigkeit vermindert. b) � Verminderung der plastischen Verformbarkeit sowie der Zähigkeit. � Anisotropie der Werkstoffeigenschaften. c) � Halbzeuge mit eng bemessenen Toleranzen erhalten ihre endgültigen Abmessungen in der Regel durch eine Kaltverformung. Bei starker Umformung ist jedoch die Fließfähigkeit des Werkstoffs häufig erschöpft, noch ehe die gewünschten Endabmessungen erreicht sind. Um eine Rissbildung zu vermeiden, muss daher zwischen den einzelnen Verformungsschritten eine Rekristallisationsglühung durchgeführt werden. � Für Fertigteile die durch eine Kaltumformung, wie zum Beispiel Tiefziehen oder Massivumformung, hergestellt werden und im Anschluss wieder eine ausreichende plastische Verformungsfähigkeit aufweisen müssen. Lösung zu Aufgabe 5.6 a) Aus einem Rekristallisationsdiagramm kann für eine jeweils konstante Glühdauer bei gegebener Glühtemperatur und gegebenem Umformgrad die zu erwartende Korngröße abgeschätzt werden. b) Bei geringer Kaltverformung entstehen im Kristallgitter nur relativ wenige als Keime für eine nachfolgende Rekristallisation wirkende, stark verformte Gitterbereiche. Da dementsprechend die Kornneubildung (Rekristallisation) nur an diesen wenigen Keimen beginnt, wird das Gefüge nach abgeschlossener Kornneubildung grobkörnig. Lösung zu Aufgabe 5.7 a) � Beseitigung einer Kaltverfestigung. � Beseitigung von Grobkorn. � Beseitigung von Widmannstätten’schem Gefüge (bei Stahlguss). 12
Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple b) Normalglühen von unlegierten, untereutektoiden Stählen: 1. Erwärmung auf Glühtemperatur 30 °C ... 50 °C über G-S 2. Halten auf Glühtemperatur Haltedauer (in Minuten): 60 + max. Werkstückdicke in mm 3. Langsame Abkühlung c) � Randentkohlung. Abhilfe: Verwendung einer Schutzgasatmosphäre oder Glühen im Vakuumofen. � Verzunderung der Werkstückoberfläche. Abhilfe: Verwendung einer Schutzgasatmosphäre oder Glühen im Vakuumofen. � Grobkornbildung. Abhilfe: Verwendung legierter Stähle (Hemmung des Kornwachstums im Austenitgebiet). d) � Schweißen. � Warmumformen (z. B. Schmieden). e) Perlit und Ferrit wandeln sich bei Temperaturen zwischen G-S und P-S in ein feinkörniges austenitisches Gefüge um, da der Umwandlungsvorgang innerhalb eines Kornes an mehreren Stellen gleichzeitig beginnt. Die anschließende Abkühlung führt zu einem ebenso feinkörnigen ferritisch-perlitischen Gefüge. Durch das Normalglühen werden Festigkeit und plastische Verformbarkeit verbessert. f) Das Verfahren ist nur anwendbar, da Eisen ein polymorphes Metall ist. Lösung zu Aufgabe 5.8 Beim Normalglühen übereutektoider Stähle wird in der Regel auf eine Temperatur von 30 °C bis 60 °C über Ac1 erwärmt, damit kein unerwünschtes Grobkornwachstum eintritt. Der bei diesen Temperaturen noch weitgehend an den Korngrenzen vorliegende Sekundärzementit stellt Hindernisse für die Bewegung der Korngrenzen dar. Lösung zu Aufgabe 5.9 Werden Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,5 % weichgeglüht, dann treten bei einer nachfolgenden Zerspanung Probleme im Sinne von Zusetzen der Spanräume sowie Bildung von Aufbauschneiden auf. Außerdem muss mit einer unerwünschten Fließspanbildung gerechnet werden. 13
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