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 b) Aus dem Diagramm liest man ab: CHD = 0,62 mm. c) Die Forderung (CHD = 0,5 + 0,3) wird eingehalten, da CHD = 0,62 mm beträgt. Der Wert ist gültig, da in einem Abstand von 3 � CHD (= 1,86 mm) die Härte unter 450 HV1 abgefallen ist. Lösung zu Aufgabe 8.7 Härteverfahren Kurzbeschreibung des Verfahrens Vorteile Nachteile Direkthärten Beim Direkthärten wird das Werkstück nach dem Aufkohlen aus der Kern- oder Randhärtetemperatur so schnell abgekühlt, dass eine Härtung durch Martensitbildung eintritt. Im Anschluss an das Härten wird auf niedrige Temperaturen angelassen. Siehe Lehrbuch, Seite 210, Bild 8.31. Einfachhärten Härten nach isothermer Umwandlung Beim Einfachhärten wird das Werkstück nach dem Aufkohlen zunächst langsam bis auf Raumtemperatur abgekühlt, so dass zunächst keine Härtung eintritt. Im abgekühlten Zustand besteht dann die Möglichkeit das Werkstück zu bearbeiten oder zu richten. Anschließend erfolgt eine Wiedererwärmung auf Rand- oder Kernhärtetemperatur mit nachfolgendem Abschrecken zur Martensitbildung. Im Anschluss an das Härten wird auf niedrige Temperaturen angelassen. Siehe Lehrbuch, Seite 211, Bild 8.32. Beim Härten nach isothermer Umwandlung werden die Werkstücke zunächst hinreichend schnell auf eine Temperatur unter A1 (550 °C bis 650 °C; Bainit- oder Perlitstufe) abgekühlt und bei dieser Temperatur bis zum vollständigen Ablauf der Gefügeumwandlungen isotherm gehalten. Im Anschluss an das isotherme Halten wird das Werkstück auf die Randhärtetemperatur erwärmt und abgeschreckt (Martensitbildung). Im Anschluss an das Härten wird auf niedrige Temperaturen angelassen. Siehe Lehrbuch, Seite 212, Bild 8.33. � Einfaches und schnelles Verfahren. � Geringer Energieaufwand. � Möglichkeit der Werkstückbearbeitung nach der ersten Abkühlung. � Kornfeinung durch Wiedererwärmung. � Bildung von feinstreifigem Perlit im Kern (verbesserte mechanische Kerneigenschaften) durch Abschrecken auf Badtemperatur. � Geringe Verzugs- oder Rissgefahr. 28 � Gefahr der Grobkornbildung. � Keine Möglichkeit der Kornfeinung. � Erhöhter Zeit- und Energieaufwand. � Erhöhte Verzugs- und Rissgefahr. � Hoher Zeitaufwand. � Notwendigkeit der Einrichtung eines Warmbades.
Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple Fortsetzung der Tabelle von Seite 28 Doppelhärten Beim Doppelhärten wird das Werkstück nach dem Aufkohlen zunächst langsam abgekühlt. Anschließend erfolgt die Wiedererwärmung auf die Härtetemperatur des Kerns mit nachfolgendem Abschrecken (Martensitbildung). Nach dem Abschrecken wird erneut auf die Härtetemperatur der Randschicht erwärmt und abgeschreckt. Im Anschluss an das zweite Abschrecken wird auf niedrige Temperaturen angelassen. Siehe Lehrbuch, Seite 212, Bild 8.34. Lösung zu Aufgabe 8.8 a) Aufgrund des geringen Kohlenstoffgehaltes (C � 0,25 %): � gute Zerspanbarkeit (insbesondere geringer Werkzeugverschleiß), � gute Schweißbarkeit, � Möglichkeit der Werkstückbearbeitung nach der ersten Abkühlung. � Erste Wiedererwärmung auf optimale Härtetemperatur des Kerns. Zweite Erwärmung auf optimale Härtetemperatur der Randschicht. Hierdurch gleichzeitig Vergütung des Kerns. � Sehr hoher Zeit- und Energieaufwand. � Hohe Verzugs- und Rissgefahr. � nach dem Einsatzhärten relativ hohe Härte der Randschicht und damit gute Verschleißbeständigkeit sowie gute Zähigkeit im Kern. b) Um die in Aufgabenteil a) genannten Eigenschaften zu gewährleisten. c) 17MnCr5: Wälzlagerstahl. Geeignet für die Herstellung von Bauteilen für Wälzlager. 10SPb20: Automateneinsatzstahl. Stähle weisen eine gute Zerspanbarkeit auf. d) Vorteile: � Verbesserung der Einhärtbarkeit, sodass auch bei größeren Werkstückdurchmessern verbesserte Kerneigenschaften erzielt werden können (z. B. Chrom, Mangan, Nickel, Molybdän). � Verbesserung der Verschleißbeständigkeit durch Carbidbildung (Chrom, Molybdän). Nachteile: � Verminderung der Zähigkeit der gehärteten Randschicht durch Carbidbildung (Chromcarbide). � Erhöhter Restaustenitgehalt (Nickel). e) Chrom: Verbesserung der Einhärtbarkeit. Molybdän: Verbesserung der Verschleißbeständigkeit (Carbidbildung). Nickel: Verbesserung der Zähigkeit des Kerns und Verschiebung der Übergangstemperatur der Kerbschlagarbeit zu tiefen Temperaturen. Lösung zu Aufgabe 8.9 a) Zufuhr von Stickstoffatomen (Nitrieren) bzw. von Stickstoff- und Kohlenstoffatomen (Nitrocarburieren) in die oberflächennahe Schicht bei Temperaturen von 500 °C ... 590 °C aus flüssigen Medien (Salzschmelzen), gasförmigen Medien (NH3) oder aus dem Plasma. Die Nitrierdauer ist abhängig von der Nitriertemperatur, vom Nitriermittel sowie vom Werkstoff und beträgt wenige Minuten bis mehrere Stunden. Im Anschluss an das Nitrieren wird das Werkstück langsam abgekühlt. b) Beim Nitrieren diffundiert Stickstoff (beim Nitrocarburieren zusätzlich Kohlenstoff) in die oberflächennahe Randschicht. Am äußersten, stickstoffreichen Rand des Werkstücks bildet sich eine geschlossene, sehr harte (aber auch spröde) Schicht aus Eisennitriden (Fe4N) und ggf. Nitriden der Legierungselemente (z. B. AlN), die Verbindungsschicht. Die Dicke der Verbindungsschicht beträgt 5 μm ... 30 μm. Unterhalb der Verbindungsschicht schließt sich die Diffusionsschicht an. Sie besteht ebenfalls aus Eisennitriden bzw. Nitriden der Legierungselemente, die sich jedoch nadelförmig in der Ferritgrundmasse ausscheiden. Die Dicke der Diffusionsschicht beträgt wenige 1/10 mm bis maximal 1,5 mm. Siehe auch Lehrbuch, Seite 218, Bild 8.36. 29
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