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 Lösung zu Aufgabe 7.1 Lösungen zu Kapitel 7 a) Anlassen: Erwärmen eines in der Regel martensitisch gehärteten Werkstücks auf eine Temperatur unter P-S-K (Ac1- Temperatur), Halten bei dieser Temperatur sowie nachfolgendes, zweckentsprechendes Abkühlen. b) Das Anlassen ist kein eigenständiges Wärmebehandlungsverfahren, da es in der Regel im Anschluss an das Härten durchgeführt wird. c) 1. Verminderung der Sprödigkeit und Abbau innerer Spannungen Anwendung: � Unlegierte und legierte Kaltarbeitsstähle � Niedriglegierte Warmarbeitsstähle � Wälzlagerstähle (durchhärtende Sorten) 2. Verbesserung der Festigkeit bzw. Zähigkeit oder Einstellung eines bestimmten Verhältnisses aus Festigkeit und Zähigkeit. Anwendung: � Vergütbare Bau- und Konstruktionsstähle � Vergütbare Wälzlagerstähle 3. Verbesserung der Warmhärte bzw. Warmfestigkeit sowie der Verschleißbeständigkeit durch Sekundärhärtung Anwendung: � Hochlegierte Warmarbeitsstähle � Schnellarbeitsstähle � Warmharte Wälzlagerstähle Lösung zu Aufgabe 7.2 Anlassstufe Temperaturbereich Wesentliche Vorgänge im Gefüge F 1) 1 100 °C ... 200 °C Stähle mit C unter 0,2 %: Ein Teil des Kohlenstoffs entweicht aus der Zwangslösung des Martensits. Es bildet sich der weniger verspannte kubische Martensit. Die aus der Zwangslösung „entkommenen“ Kohlenstoffatome bilden feinste noch kohärent mit dem Kristallgitter verbundene �-Carbide (ggf. bilden sich auch Übergangscarbide der Form Fe2C oder Fe2,5C). Stähle mit C über 0,2 %: Noch keine �-Carbidbildung. 2 200 °C ... 320 °C � Bildung von Zementit aus �- und ggf. �- oder �-Carbid. � Ausscheidung von Carbiden im Restaustenit 3 320 °C ... 400 °C Der gesamte Kohlenstoff entweicht aus seiner Zwangslösung. Der kubische Martensit erreicht schließlich die Zusammensetzung des Ferrits. Das Gefüge besteht aus Ferrit mit feinst verteilten Zementitteilchen (Fe3C). Die vom Martensit herrührende nadelige Gefügestruktur bleibt zunächst noch erhalten. Aus dem noch verbliebenen �-Carbid bildet sich Zementit. Z 1) H 1) Bemerkungen � � (�) � � � �� 22 Die Umwandlung des tetragonalen in den kubischen Martensit ist mit einer Volumenabnahme verbunden. Damit besteht die Gefahr von Verzug. � Gefahr der Versprödung (300°C- Versprödung). � Gefahr von Verzug durch Umwandlung des Restaustenits in kubischen Martensit. Gefahr der Versprödung im Temperaturbereich zwischen 370°C und 500 °C (500°C-Versprödung). 1) Veränderung der Werkstoffeigenschaften: F = Festigkeit, Z = Zähigkeit, H = Härte 2) Keine Carbid bildenden Legierungselemente vorhanden. (�) geringfügig abnehmende Tendenz � zunehmende Tendenz 3) Carbid bildende Legierungselemente vorhanden. � abnehmende Tendenz �� stark zunehmende Tendenz �� stark abnehmende Tendenz
Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple Fortsetzung der Tabelle von Seite 22 4 400 °C ... Ac1 Unlegierte und legierte Stähle 2) Oberhalb von 550 °C ... 600 °C wird die nadelförmige Gefügestruktur durch Rekristallisation zurückgebildet. Mit zunehmender Anlasstemperatur ballen sich die Zementitausscheidungen zu gröberen gulation). Partikeln zusammen (Koa- Legierte Stähle 3) Sekundärhärtung � � (�) �� 1) Veränderung der Werkstoffeigenschaften: F = Festigkeit, Z = Zähigkeit, H = Härte 2) Keine Carbid bildenden Legierungselemente vorhanden. (�) geringfügig abnehmende Tendenz � zunehmende Tendenz 3) Carbid bildende Legierungselemente vorhanden. � abnehmende Tendenz �� stark zunehmende Tendenz �� stark abnehmende Tendenz Lösung zu Aufgabe 7.3 � Verbesserung der plastischen Verformbarkeit sowie der Zähigkeit. Damit auch Verbesserung der Sprödbruchsicherheit, insbesondere bei tiefen Temperaturen, schlagartiger Beanspruchung sowie ausgeprägter Kerbwirkung. � Verbesserung der Schwingfestigkeit infolge erhöhter Zähigkeit sowie der Abwesenheit von voreutektoidem Ferrit. � Verbesserung der Festigkeit, insbesondere der Dehngrenze. Hierdurch, bei gleicher Beanspruchung, Möglichkeit der Verminderung der Querschnittsfläche und somit Reduktion der Bauteilmasse sowie verminderter Fertigungsaufwand (z. B. bei Schweißkonstruktionen). � Festigkeits- und Verformbarkeitskennwerte können durch die entsprechende Wahl der Anlasstemperatur an die späteren Betriebsbedingungen optimal angepasst werden. � Ausgleich der Werkstoffeigenschaften zwischen Randzone und Kern. Lösung zu Aufgabe 7.4 Bei Kohlenstoffgehalten unter etwa 0,2 % sind sehr hohe Abschreckgeschwindigkeiten erforderlich, um eine vollständige Martensitbildung zu erreichen (siehe Lehrbuch, Seite 115, Bild 6.27). Diese hohen Abschreckgeschwindigkeiten können entweder technisch nicht mehr realisiert werden oder sie führen zu hohen Spannungen und damit zu Maßänderungen bzw. Verzug. Bei Kohlenstoffgehalten über 0,7 % weist das Gefüge einen relativ hohen Zementitgehalt auf. Dieser Sekundärzementit würde jedoch bei den üblichen Härtetemperaturen von 30 °C bis 60 °C über der Ac1-Temperatur nicht aufgelöst und somit zu einer deutlichen Verminderung der Zähigkeit des Vergütungsgefüges führen. Lösung zu Aufgabe 7.5 ---- 23
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