Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

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.
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