Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039
Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple
Lösung zu Aufgabe 6.1
Lösungen zu Kapitel 6
a) � Verbesserung der Härte und Verschleißbeständigkeit (für Werkzeugstähle, Wälzlagerstähle sowie andere härtbare
Stähle).
� Verbesserung der Festigkeit bei angemessener Zähigkeit bzw. Einstellung eines vorgegebenen Verhältnisses von
Festigkeit und Zähigkeit (für härtbare und vergütbare Konstruktionsstähle).
b) Siehe Abbildung (linkes Teilbild).
c) Siehe Abbildung (rechtes Teilbild). Die optimale Härtetemperatur für unlegierte Stähle ist etwa 30 °C bis 50 °C über G-
S-K.
d) Mit Erreichen der Härtetemperatur wird ein Teil oder der gesamte Kohlenstoff des Stahls im kfz-Kristallgitter des Austenits
gelöst. Wird anschließend mit einer höheren Geschwindigkeit als der oberen kritischen Abkühlgeschwindigkeit abgeschreckt,
dann ist eine Diffusion der Kohlenstoffatome nicht mehr möglich. Im Verlauf der Abkühlung wandelt sich das
kfz-Austenitgitter durch eine diffusionslose, koordinierte, gekoppelte Bewegung ganzer Atomgruppen in eine raumzentrierte
Gitterstruktur um. Die Kohlenstoffatome bleiben in Zwangslösung und führen zu einer starken Übersättigung des
nunmehr raumzentrierten Gitters. Die zwangsgelösten Kohlenstoffatome führen zu einer starken tetragonalen Gitterverzerrung
(siehe auch Lehrbuch, Seite 109, Bild 6.15) und damit zu einer hohen Härte, da keine nennenswerte Versetzungsbewegung
mehr möglich ist. Die entstehende Kristallstruktur (Mischkristall) wird nach dem deutschen Metallforscher
Adolf Martens als Martensit bezeichnet.
e) 1. Bei kohlenstoffarmen Stählen wird die kritische Abkühlgeschwindigkeit im praktischen Härtebetrieb nicht mehr
erreicht bzw. kann nur noch mit sehr hohem Aufwand realisiert werden. Außerdem besteht bei sehr hohen Abkühlgeschwindigkeiten
die Gefahr der Bildung von Härterissen bzw. Maßänderungen und Verzug (siehe auch
Lehrbuch, Seite 115, Bild 6.27).
2. Aufgrund des geringen Kohlenstoffgehalts kann nur eine relativ niedrige Martensithärte erwartet werden (siehe
auch Lehrbuch, Seite 120, Bild 6.33).
Lösung zu Aufgabe 6.2
Voraussetzung für den Erfolg der Stahlhärtung ist, dass eine ausreichende Kohlenstoffmenge im kfz-Kristallgitter des
Austenits gelöst wird. Legierte Stähle müssen in Abhängigkeit von Art und Menge ihrer Legierungselemente auf höhere
Temperaturen erwärmt werden um eine ausreichende Carbidauflösung sicherzustellen und die Legierungselemente in
Lösung zu bringen (im Austenit zu lösen).
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