Härten - Vergüten - Anlassen: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | Das Anlassen schließt sich unmittelbar dem Härten an. Das Anlassen gehört wie das Härten zu den thermischen Verfahren, die das gesamte Bauteil, d.h. von der Randzone bis in die Kernbereiche, in ihren mechanischen Eigenschaften beeinflussen. | + | Das Anlassen schließt sich unmittelbar dem Härten an. Das Anlassen gehört wie das Härten zu den thermischen Verfahren, die das gesamte Bauteil, d.h. von der Randzone bis in die Kernbereiche, in ihren mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Im gehärteten Zustand weist das Bauteil je nach Stahlzusammensetzung eine sehr hohe Härte auf, ist aber gleichzeitig sehr spröde und kann im gehärteten Zustand nicht |
| − | Im gehärteten Zustand weist das Bauteil je nach Stahlzusammensetzung eine sehr hohe Härte auf, ist aber gleichzeitig sehr spröde und kann im gehärteten Zustand nicht | ||
eingesetzt werden. Dabei gilt die Faustformel, dass mit steigender Härte die Zähigkeit sinkt. | eingesetzt werden. Dabei gilt die Faustformel, dass mit steigender Härte die Zähigkeit sinkt. | ||
| − | + | <br>Das Anlassen verfolgt den Zweck, die Härte eines gehärteten Bauteils so weit zu verringern, dass die geforderten Zähigkeitswerte erreicht werden. Der gleichzeitig auftretende Härteverlust wird in Kauf genommen. Welcher Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit eingestellt werden muss, entscheidet der Konstrukteur; denn nur er kennt den Verwendungszweck und die Belastung des Bauteils. Legt man ein Kriterium fest, z.B. die Anlasshärte, ist die Zähigkeit auch festgelegt. Es ist nicht möglich, beide Eigenschaften unabhängig voneinander einzustellen. | |
| − | Das Anlassen verfolgt den Zweck, die Härte eines gehärteten Bauteils so weit zu verringern, dass die geforderten Zähigkeitswerte erreicht werden. Der gleichzeitig auftretende Härteverlust wird in Kauf genommen. Welcher Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit eingestellt werden muss, entscheidet der Konstrukteur; denn nur er kennt den Verwendungszweck und die Belastung des Bauteils. Legt man ein Kriterium fest, z.B. die Anlasshärte, ist die Zähigkeit auch festgelegt. Es ist nicht möglich, beide Eigenschaften unabhängig voneinander einzustellen. | ||
Die Dauer der Anlassbehandlung richtet sich nach dem Bauteilquerschnitten und der Chargengröße; die minimale Haltezeit nach vollständiger Durchwärmung der Werkstücke ist 1 Stunde. Das Anlassen kann in Schutzgasanlagen, Vakuumanlagen, Salzbädern oder in Anlagen mit Luft durchgeführt werden. Die Wahl der Atmosphäre beeinflusst die Oberfläche der Bauteile. Die sich einstellenden Gefügeänderungen sind abhängig von den Anlasstemperaturen und Anlasszeiten, wobei im Stahl vorhandene Legierungselemente die Anlassstufen zu höheren Temperaturen verschieben. | Die Dauer der Anlassbehandlung richtet sich nach dem Bauteilquerschnitten und der Chargengröße; die minimale Haltezeit nach vollständiger Durchwärmung der Werkstücke ist 1 Stunde. Das Anlassen kann in Schutzgasanlagen, Vakuumanlagen, Salzbädern oder in Anlagen mit Luft durchgeführt werden. Die Wahl der Atmosphäre beeinflusst die Oberfläche der Bauteile. Die sich einstellenden Gefügeänderungen sind abhängig von den Anlasstemperaturen und Anlasszeiten, wobei im Stahl vorhandene Legierungselemente die Anlassstufen zu höheren Temperaturen verschieben. | ||
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Bei der Stahlverarbeitung sind im Allgemeinen vier Anlassstufen von Bedeutung:<ref>Ulrich Fischer: Tabellenbuch Metall. 41. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel Nourney, Vollmer, 2001, ISBN 3-8085-1721-2, S. 128B</ref> | Bei der Stahlverarbeitung sind im Allgemeinen vier Anlassstufen von Bedeutung:<ref>Ulrich Fischer: Tabellenbuch Metall. 41. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel Nourney, Vollmer, 2001, ISBN 3-8085-1721-2, S. 128B</ref> | ||
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|Temperaturen unter 80 °C | |Temperaturen unter 80 °C | ||
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| − | |Segregation von Kohlenstoffatomen (chem. Symbol C) an Gitterfehlern, Kohlenstoffclusterbildung, d. h. Vorstufe von Ausscheidungen von C-Atomen<ref | + | |Segregation von Kohlenstoffatomen (chem. Symbol C) an Gitterfehlern, Kohlenstoffclusterbildung, d. h. Vorstufe von Ausscheidungen von C-Atomen<ref>Liu Cheng: Phase Transformation in Iron-Based Interstitial Martensites. Promotionsarbeit, Delft University of Technology, the Netherlands, 1990.<ref/> |
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|Von 80 °C bis 200 °C | |Von 80 °C bis 200 °C | ||
|1. Anlassstufe | |1. Anlassstufe | ||
| − | |Stähle über 0,2 % Kohlenstoffanteil: Martensit geht über in α + ε-Carbide. α wird auch als kubischer Martensit bezeichnet. ε-Carbide (FexC) enthalten weniger Eisen (Fe) als herkömmlich Carbide (bei 120 °C x = 2,4) | + | |Stähle über 0,2 % Kohlenstoffanteil: Martensit geht über in α + ε-Carbide. α wird auch als kubischer Martensit bezeichnet. ε-Carbide (FexC) enthalten weniger Eisen (Fe) als herkömmlich Carbide (bei 120 °C x = 2,4)<ref name="Macherauch"/> Stähle unter 0,2 % Kohlenstoffanteil: Keine Bildung von ε-Carbiden, da die Kohlenstoffatome in der Nähe von Versetzungen energiegünstiger unterkommen. Der Martensit ist nicht oder nur minimal tetragonal verzerrt, d. h., es tritt keine Veränderung der kristallinen Struktur auf. |
| − | Stähle unter 0,2 % Kohlenstoffanteil: Keine Bildung von ε-Carbiden, da die Kohlenstoffatome in der Nähe von Versetzungen energiegünstiger unterkommen. Der Martensit ist nicht oder nur minimal tetragonal verzerrt, d. h., es tritt keine Veränderung der kristallinen Struktur auf. | ||
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|Von 200 °C bis 320 °C<br>bei niedrig legierten Stählen zwischen 200 °C und 375 °C | |Von 200 °C bis 320 °C<br>bei niedrig legierten Stählen zwischen 200 °C und 375 °C | ||
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|Von 320 °C bis 520 °C | |Von 320 °C bis 520 °C | ||
|3. Anlassstufe | |3. Anlassstufe | ||
| − | |Es stellt sich das Gleichgewichtsgefüge aus Zementit und Ferrit ein, verbunden mit einer relativ starken Verringerung der Härte | + | |Es stellt sich das Gleichgewichtsgefüge aus Zementit und Ferrit ein, verbunden mit einer relativ starken Verringerung der Härte<ref name="Macherauch"/>. |
Temperaturen über 500 °C | Temperaturen über 500 °C | ||
Zunehmende Einformung und Koagulation der Zementitteilchen | Zunehmende Einformung und Koagulation der Zementitteilchen | ||
Version vom 16. August 2020, 15:01 Uhr
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Inhaltsverzeichnis
Härten - Vergüten - Anlassen
Härten
Unter Härten versteht man eine Wärmebehandlung bestehend aus Austenitisieren und Abkühlen unter solchen Bedingungen, dass eine Härtezunahme durch mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in der Regel in Martensit erfolgt. Das Austenitisieren ist der Behandlungsschritt, in dem das Werkstück auf Austenitisierungstemperatur gebracht wird und durch vollständige Phasenumwandlung und Carbidauflösung die Matrix des Stahls austenitisch wird. Nach dem Austenitisieren erfolgt das Abkühlen. Damit das gesamte Werkstück ein martensitisches Gefüge annimmt, muss die Geschwindigkeit des „Temperatursturzes“ größer sein als die sogenannte kritische Abkühlgeschwindigkeit des jeweiligen Stahls.[1] Das Abkühlen kann in verschiedenen Medien erfolgen, die sich charakteristisch durch ihre Abkühlwirkung in den verschiedenen Temperaturbereichen unterscheiden (Öl, Abschrecklösung, Wasser, Luft, Stickstoff). Nach dem Härten besteht das Gefüge, untereutektoider Stähle aus Martensit + evtl. Restaustenit und übereutekoider Stähle üblicherweise aus Martensit + Restaustenit + Carbid. Dem Anteil dieser Phasen ist z.B. bei der Wärmebehandlung von Werkzeugstählen große Bedeutung beizumessen, da Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit vom Gefügezustand nach dem Härten beeinflusst werden.[2]
| Funktionsprinzip Härten - Anlassen - Vergüten[3] | Verfahrensschritte Härten - Anlassen - Vergüten[3] |
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Voraussetzung für die Härtbarkeit eines Stahles ohne jegliche Vorbehandlung ist ein Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,3%. Bei Werkstücken mit kleinen Abmessungen kann eine vollständige Martensitbildung über den gesamten Querschnitt erfolgen (Durchhärtung / Einhärtung). Bei großen Abmessungen wird die kritische Abkühlgeschwindigkeit nur bis zu einer bestimmten Tiefe erreicht (Einhärtung), die Tiefe der Einhärtung ist abhängig von:
- dem Querschnitt des Werkstückes
- der kritischen Abkühlgeschwindigkeit des Werkstoffes (beeinflussbar durch Legierungselemente)
- dem Kühlvermögen des Abkühlmittels
Die erreichbare Höchsthärte (Aufhärtung) ist allein vom Kohlenstoffgehalt abhängig, der zum Zeitpunkt des Abschreckens im Austenit gelöst war. Die Legierungselemente erhöhen nicht die Härte sondern beeinflussen nur die Einhärtung (Durchhärtung). Die maximal erreichbare Härte bei 100%iger Umwandlung zum Martensit liegt bei ca. 66 HRC (Rockwellhärteeinheiten) und wird bei ungefähr 0,8% des im γ-Mischkristall gelösten Kohlenstoffes erreicht, ab ca. 0,5% C wird beim Abkühlen neben Martensit auch Restaustenit vorhanden sein.
Vergüten
Vergüten ist die unmittelbare Verbindung der Verfahren Härten und nachfolgendes Anlassen, und zwar bei höheren Temperaturen (350 – 700°C), zur Erzielung hoher Zähigkeit bei entsprechender Festigkeit. Es wird angewendet bei Stählen mit 0,2 – 0,6% Kohlenstoff (Vergütungsstähle). Durch eine Gefügeverfeinerung hinsichtlich der Korn- und Karbidgröße sowie der Karbidverteilung werden beim Vergüten die genannten mechanischen Eigenschaften erreicht. Die erreichbaren Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften sind querschnittsabhängig. Eine Durchvergütung größerer Querschnitte ist nur bei legierten Stählen möglich. Gegenüber dem normalisierten Zustand wird durch Vergüten eine erhebliche Zunahme der Festigkeit bei geringer Abnahme der Zähigkeitseigenschaften erreicht.
Anlassen
Das Anlassen schließt sich unmittelbar dem Härten an. Das Anlassen gehört wie das Härten zu den thermischen Verfahren, die das gesamte Bauteil, d.h. von der Randzone bis in die Kernbereiche, in ihren mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Im gehärteten Zustand weist das Bauteil je nach Stahlzusammensetzung eine sehr hohe Härte auf, ist aber gleichzeitig sehr spröde und kann im gehärteten Zustand nicht
eingesetzt werden. Dabei gilt die Faustformel, dass mit steigender Härte die Zähigkeit sinkt.
Das Anlassen verfolgt den Zweck, die Härte eines gehärteten Bauteils so weit zu verringern, dass die geforderten Zähigkeitswerte erreicht werden. Der gleichzeitig auftretende Härteverlust wird in Kauf genommen. Welcher Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit eingestellt werden muss, entscheidet der Konstrukteur; denn nur er kennt den Verwendungszweck und die Belastung des Bauteils. Legt man ein Kriterium fest, z.B. die Anlasshärte, ist die Zähigkeit auch festgelegt. Es ist nicht möglich, beide Eigenschaften unabhängig voneinander einzustellen.
Die Dauer der Anlassbehandlung richtet sich nach dem Bauteilquerschnitten und der Chargengröße; die minimale Haltezeit nach vollständiger Durchwärmung der Werkstücke ist 1 Stunde. Das Anlassen kann in Schutzgasanlagen, Vakuumanlagen, Salzbädern oder in Anlagen mit Luft durchgeführt werden. Die Wahl der Atmosphäre beeinflusst die Oberfläche der Bauteile. Die sich einstellenden Gefügeänderungen sind abhängig von den Anlasstemperaturen und Anlasszeiten, wobei im Stahl vorhandene Legierungselemente die Anlassstufen zu höheren Temperaturen verschieben.
Bei der Stahlverarbeitung sind im Allgemeinen vier Anlassstufen von Bedeutung:[4]
| Temperaturbereich | Anlassstufe | Was passiert |
| Temperaturen unter 80 °C | Segregation von Kohlenstoffatomen (chem. Symbol C) an Gitterfehlern, Kohlenstoffclusterbildung, d. h. Vorstufe von Ausscheidungen von C-AtomenReferenzfehler: Für ein <ref>-Tag fehlt ein schließendes </ref>-Tag.
Anlagentechnik / Kapitel ist in ErstellungEinzelnachweise<references> [1] [3] <ref name="Macherauch">E. Macherauch: Praktikum in Werkstoffkunde. 9. Auflage, Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden 1990.
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