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 7.6 � Hoch beanspruchte Maschinenteile (Materialeinsparung und Sicherheit gegen Versagen) wie z. B. Hochdruckbehälter. Werkstoffbeispiel: 36Mn4 � Schlag- und stoßartig beanspruchte Teile (Sprödbruchsicherheit) wie z. B. Stanzwerkzeuge. Werkstoffbeispiel: X35CrMo17 � Komplex gestaltete Bauteile mit „technischen Kerben“ (Sprödbruchsicherheit) wie z. B. Kurbelwellen. Werkstoffbeispiel: 34CrMo4 � Bauteile die tiefen Temperaturen ausgesetzt sind (Sprödbruchsicherheit) wie z. B. Stahlkonstruktionen. Werkstoffbeispiel: S460QL � Schwingend beanspruchte Bauteile (Sicherheit gegen Schwingbruch bzw. Werkstoffermüdung) wie z. B. technische Federn. Werkstoffbeispiel: 51CrV4 24
Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple Lösung zu Aufgabe 8.1 Lösungen zu Kapitel 8 a) Bei den Verfahren des Randschichthärtens wird die chemische Zusammensetzung der oberflächennahen Schicht nicht verändert, wohl aber das Gefüge. Durch hinreichend schnelles Abschrecken aus dem Austenitgebiet erfolgt eine martensitische Umwandlung der oberflächenahen Bereiche und damit eine Härtesteigerung. Beim thermochemischen Behandeln erfolgt eine Änderung des Werkstoffzustands der Randschicht unter gleichzeitiger Änderung der chemischen Zusammensetzung. Bei diesen Verfahren diffundieren Nichtmetallatome wie z. B. Kohlenstoff, Stickstoff oder Bor oder auch Metallatome wie z. B. Chrom, Aluminium oder Silicium aus geeigneten Behandlungsmitteln in die oberflächennahe Schicht des Werkstücks ein und bewirken dort eine Veränderung des Werkstoffzustandes sowie der chemischen Zusammensetzung. Nachfolgend oder gleichzeitig kann auch bei diesen Verfahren noch eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. b) Beispiel für Randschichthärteverfahren: Flammhärten Beispiel für thermochemisches Behandeln: Einsatzhärten Lösung zu Aufgabe 8.2 a) Flammhärten: Erwärmung der oberflächennahen Werkstoffschicht auf Härtetemperatur mit Hilfe einer Brenngas- Sauerstoff-Flamme (entspricht den Härtetemperaturen beim durchgreifenden Härten). Nach dem Abschrecken Anlassen auf 150 °C ... 200 °C (siehe Lehrbuch, Seite 188, Bild 8.3 bis 8.5 und Seite 189, Bild 8.6). Induktionshärten: Elektroinduktive Erwärmung der oberflächennahen Schicht auf Härtetemperatur durch ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld mittels Induktor. Damit auch bei der schnellen induktiven Erwärmung eine vollständige Austenitisierung eintritt, muss auf Härtetemperaturen erwärmt werden, die 50 K ... 100 K höher liegen, als die üblichen Temperaturen beim durchgreifenden Härten. Anschließend erfolgt das Abschrecken (Wasser, geeignetes Härteöl oder Druckluft). Beim Hochfrequenz-Impulshärten bzw. bei ausreichender Werkstückdicke kann auch eine Selbstabschreckung erfolgen. Nach dem Abschrecken in der Regel Anlassen auf 150 °C ... 200 °C (siehe auch Lehrbuch, Seite 189, Bild 8.7). b) Flammhärten: Erwärmung mittels Brenngas (Ethin)-Sauerstoff-Flamme. Erwärmung der Randschicht erfolgt durch Wärmeleitung. Dementsprechend ist die höchste Temperatur in der Nähe der Wärmquelle (Brenner), also im Bereich der Bauteiloberfläche. Induktionshärten: Erwärmung mittels elektromagnetischer Induktion. Erwärmung bleibt auf die oberflächennahe Schicht beschränkt, da die Magnetfeldstärke mit zunehmendem Abstand vom Induktor stark abnimmt. c) Vorteile: � Schnelle Erwärmung, damit keine Gefahr von Grobkornbildung, Randentkohlung oder Verzunderung der Oberfläche. � Gute Reproduzierbarkeit, d. h. Einhärtungstiefe kann über die Wahl der Frequenz gut eingestellt werden. Nachteil: � Teure Anlagentechnik � Begrenzte Bauteilgröße d) � Stähle 1 und 2 sind nicht umwandlungsfähig und entfallen daher. � Stahl 3 ist geeignet, da umwandlungsfähig und ausreichender Kohlenstoffgehalt. � Stahl 4 hat einen zu geringen Kohlenstoffgehalt und eignet sich daher nicht für eine Flamm- oder Induktionshärtung. 25
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