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Produktionstechnik II VL 9: Wärmebehandeln

8 Produktherstellung8 Produktherstellung

8.7 Stoffeigenschaftsändern (Wärmebehandeln)8.7.1 Allgemeines

8.7.2 Wärmebehandeln von Eisenwerkstoffen

8.7.3 Wärmebehandeln von Nichteisenmetallen

8.7.4 Anlagen zum Wärmebehandeln8.7.4 Anlagen zum Wärmebehandeln

Institut für Werkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Technische UniversitätBerlin

1/41



8.7 Stoffeigenschaftsändern (Wärmebehandeln)8.7.1 Grundlagen

- Was ist Wärmebehandeln? ...nach DIN 17014

- Eingliederung in die DIN 8580

Temperaturbereiche wichtiger- Temperaturbereiche wichtiger Wärmebehandlungsverfahren



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Eingliederung in die DIN 8580

Fertigungsverfahren

g ede u g d e 8580

g g

Beschichten Stoffeigenschaftsändern

rmen

es

hren

urch

Um

for

beha

ndel

n

echa

nisc

hean

deln

, Bre

nnen

etis

iere

n

trahl

en

sche

Ver

fah

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stig

en d

u

Wär

meb

Ther

mom

eB

eha

Sin

tern

,

Mag

ne

Bes

t

hoto

chem

is

Ve P

Quelle: [DIN 8580]



3/41


Eingliederung in die DIN 8580

Wä b h d l

g ede u g d e 8580

Verfestigen Thermo-h i h Sintern und M ti iWärmebehandelng

durch Umformen mechanisches Behandeln Brennen Magentisieren ...

deln

rn s

ühen

ärte

n

hes

Um

wan

/ A

usla

ger

rgüt

en

kühl

en

chem

isch

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deln

shär

ten

Gl Hä

soth

erm

isch

Anl

asse

n

Ver

Tief

Ther

moc

Beh

a

Aus

Quelle: [DIN 8580]

Is



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Was ist Wärmebehandeln? ...nach DIN 17014

WärmebehandelnEin Werkstück wird ganz oder teilweise Temperatur-Zeit-Folgen

as st ä ebe a de ac 0

Ein Werkstück wird ganz oder teilweise Temperatur Zeit Folgen und gegebenenfalls zusätzlich anderen physikalischen und/oder chemischen Einwirkungen ausgesetzt, um ihm Eigenschaften zu verleihen, die es für seine Weiterverarbeitung oder Verwendung geeignet machen.

Gebrauchs- und Verarbeitungs-eigenschaften

Gebrauchs- und Verarbeitungs-eigenschaften

VerfahrenVerfahrenVeränderung von

Werkstoff-eigenschaften

Veränderung von Werkstoff-

eigenschaftenz. B.DiffusionsglühenSpannungsarmglühenHärten

z. B.HärteZugfestigkeitDehngrenze

z. B.ZerspanbarkeitUmformbarkeitDauerfestigkeit

Quelle: [DIN 17014]

VergütenNitrieren...

BruchdehnungEigenspannungen...

Verschleißbeständigkeit...



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Temperaturbereiche wichtiger Wärmebehandlungsverfahrene pe atu be e c e c t ge ä ebe a d u gs e a e

1500

Warmumformen

1000

°C

mpe

ratu

rWarmumformen

Warmumformen

Diffusionsglühen

Erwärmenzum Härten

1000

ndlu

ngst

em

WLösungsglühen,Homogenisieren

Hoch-glühen

Weichglühen

500

Wär

meb

ehan Warm-

umformenHomogenisieren

Rekristal-lisations-

Rekristal-lisations-glühen

gNormalglühen

Nitrierhärten

SpannungsfreiglühenRekristallisationsglühen

0

W lisationsglühen

Spannungsfreiglühen

Rekristallisationsglühen

Anlassen Aushärten

Quelle: [Jeschar]

0Stahl Cu Messing

(Cu-Zn-Leg.)Al Al-Knetleg.

(z. B. AlMgSi1, AlCu)



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8.7 Stoffeigenschaftsändern (Wärmebehandeln)8.7.2 Wärmebehandeln von Eisenwerkstoffen

- GrundlagenEisen-Kohlenstoff-Werkstoffe Eisen-Kohlenstoff-ZustandsdiagrammZeit-Temperatur-Umwandlungs-(ZTU)-SchaubildZeit Temperatur Umwandlungs (ZTU) Schaubild

- Thermische VerfahrenGlühen, Härten, Anlassen, Vergüten

Thermochemische Verfahren- Thermochemische VerfahrenEinsatzhärten, Nitrieren, Borieren, Eindiffundieren von Metallen

- Thermomechanische VerfahrenThermomechanische VerfahrenThermomechanisches Walzen



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Eisen-Kohlenstoff-Werkstoffe

Stahl

se o e sto e sto e

Gusseisen

C G %C-Gehalt < 2 %warm- und kaltumformbarC als Zementit (Fe3C)

C-Gehalt > 2 %weder warm- noch kaltumformbarC als Zementit (Fe3C) – weisses GEC als Graphit (C) – graues GE

Unlegierte Stähle

Niedriglegierte Stähle

Legierungsanteil < 5 %

Gusseisen mit Lamellengraphit

Gusseisen mit Kugelgraphit

heterogenes Gefüge, nicht duktil

GTW (200:1)

Legierungsanteil 5 %

Hochlegierte Stähle

Legierungsanteil > 5 %

Gusseisen mit Kugelgraphit

Temperguss

duktil

GTS (500:1)weisser Temperguss (GTW)

entkohlend geglüht, C als Fe3Cschwarzer Temperguss (GTS)

C ungebunden als Graphit

G S (500 )Übereutektoider Stahl (500:1)

K

Quelle: [Hütte; Domke]

Hartguss

C als Zementit am Rand,C als Graphit im Kern

Graphit FerritPerlit (Ferrit + Zementit)

Korngrenzen-zementit



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Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm

Gefügezustände und Gleichgewichtstemperaturen von Fe-C und Fe-Fe3C sind (für unendliche kleine Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten)

se o e sto usta dsd ag a

Fe3C sind (für unendliche kleine Aufheiz und Abkühlgeschwindigkeiten)in Abhängigkeit der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes dargestellt.

1600 A

Stabiles System Fe-C Kohlenstoff liegt als stabile Phase Graphit vor z. B. graues Gusseisen

1200

1400°C B

HI

tur T

°CD

C

D'

C'

E

E'

F

F'

+ S

S

S + Fe3C

S + C

Metastabiles System Fe-Fe3C Kohlenstoff liegt als metastabile Phase

Zementit vor z B Stahl weißes Gusseisen

800

1000

Tem

pera

t C

K'

E F

+ C+ Fe3C

+G

• Liquiduslinie (ABCD), Soliduslinie (AHIECF• Perlit: (Eutektoid) lamellares Gefüge aus + Fe3C• Gleichgewichtstemperatur

z. B. Stahl, weißes Gusseisen

600

1 2 3 4 50 Gew.-%

P

Kohlenstoffgehalt

1 2 3 4 51 2 3 4 5 7

S KP' S'+ Fe3C + Cperlitisches

Gefüge (1000:1)

GleichgewichtstemperaturA1 (PSK) zwischen Austenit und Perlit A3 (GS) zwischen Ferrit und Austenit

Quelle: [Domke, Hütte]

gEutektoid Eutektikum

Ferrit (krz), Austenit (kfz), C Graphit, Fe3C Zementit, S Schmelze



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Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubild

Gefügezustände sind in Abhängigkeit der Temperatur und derAbkühlzeit dargestellt Das Schaubild gilt für eine Fe-C-Legierung bei

e t e pe atu U a d u gs Sc aub d

Abkühlzeit dargestellt. Das Schaubild gilt für eine Fe C Legierung beibekannter Haltetemperatur und -dauer im Austenitgebiet.

U dl t t b i E ä

r T

Ac3

Ac1F it

abA t it

• Umwandlungstemperaturen beim ErwärmenAc1 Anfangstemperatur der AustenitbildungAc3 Endtemperatur der Austenitbildung

Abkühlung aus dem Austenit () führt, je nachAbkühlgeschwindigkeit zu unterschiedlichenGefügezuständen.

schnelle Abkühlung (Kurve 1):Tem

pera

tu

Bainit (Zwischenstufe)

Ferrit b

cPerlit

a

Austenit

g ( )Austenit Martensit (a)

langsame Abkühlung (Kurve 2):Austenit Ferrit (a), Perlit (b), Bainit (c)

T

Abkühlzeit tS (log)

Martensit1

2

HV1 > HV2

Quelle: [Eckstein]




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Thermische Verfahrene sc e e a e

Ein Werkstück oder ein Bereich eines Werkstückes wird absichtlichTemperatur-Zeit-Folgen ausgesetztTemperatur Zeit Folgen ausgesetzt, um ihm Eigenschaften zu verleihen, die es für seine Weiterverarbeitung oder Verwendung geeignet machen.

Thermische Verfahren

I th i hHärtenGlühen

Diffusions-,Grobkorn-,

Volumenhärten,Randschichthärten,

AlternIsothermisches Umwandeln

In der PerlitstufeIn der Bainitstufe

ErwärmenTiefkühlen

Spannungsarm-,Rekristallisations-,Weich-,Normal- und

Impulshärten,Anlassen,Vergüten,...

Patentieren...

PendelnÜberaltern...

Isothermglühen...

Quelle: [Spur]



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HärtenGlühen AlternIsothermisches Umwandeln


Lösungslühen

Erholungsglühen

Warm-/ Kalt-

auslagernAushärten martensit.

Härtenin versch. Umwandlungs-stufen

bei Stählen

natürlich

künstlichRekristallisationsglühen

Grobkornglühen

Spannungsarmglühen

Über-härten

Martensit-aushärten

bei Stählen

in der Perlitstufe

in der Bainitstufe

Erwärmen

Tiefkühlen

Pendelnp g g

Diffusionsglühen

Umkörnen

Randschicht-härten

Flammhärten

Impuls-härten

Volumen-härten

kontinuierl. gebroch. unterbroch.

PatenterienPendeln

Überaltern

Normalglühen

Stabilglühen

Weichglühen

Induktions-härten

Tauchhärten

Härten Härten Härten

z. B. Warm-badhärten

Impuls-l A l

Quelle: [Macherauch]

g

Tempern

Mehrfachglühen

Laserstrahl-härten

Elektronen-strahlhärten

anlassen Anlassen

Sekundär-härtenVergüten



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Diffusionsglühen

Ziel ist das Ausgleichen lokaler Konzentrationsunterschiede (Seigerungen)

us o sg ü e

(Seigerungen).

1200 Bauteilanforderungen / Ausgangssituation Negative Beeinflußung der Werkstoff-

eigenschaften durch Kristall- oder Block-seigerungen, die während der Erstarrung ausur

T

°C

1000

1200

G

Diffusionsglühen

seigerungen, die während der Erstarrung aus der Schmelze entstehen.

Vorgehensweise Erwärmen auf hohe Temperaturen Te

mpe

ratu

P

+ Fe3C

it600

800

S

+ K

(1.000°C bis 1.300°C), lange Haltezeit

NachteilKohlenstoffgehalt

1 20 0,5

Perli

1 20 0,5 Gew. -%Gew.Gew.

600

4000,8

+ Fe3C

Gefahr von Kornvergröberung (evtl. anschließendes Normalglühen)

Quelle: [Eckstein, Spur]

Kohlenstoffgehalt



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Normalglühen

Ziel ist das Einstellen eines feinkörnigen Gefüges aus Ferrit () bzw Perlit ( + Fe3C)

o a g ü e

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation

aus Ferrit () bzw. Perlit ( + Fe3C).

°C

1200

g g g ungleichmäßiges oder grobkörniges Gefüge

Vorgehensweise Erwärmen (a)

mpe

ratu

r T

+ Fe3C

800

1000G

+ Normalglühen ( ) Halten knapp oberhalb über Ac3 bzw. Ac1 (b) Luftabkühlen (c), Luft- oder Ofenabkühlen (d)

Tem

P

1 20 0 5

Perli

t

1 20 0 5 G %GG

600

4000 8

S

K

+ Fe3C

Normalglühen

mpe

ratu

r T

a

bAc3 c

dAc1

untereutektoider Stahl grobkörnig (200:1)

untereutektoider Stahl normalgeglüht (200:1)

Kohlenstoffgehalt1 20 0,5 1 20 0,5 Gew. -%Gew.Gew.0,8


Tem

Zeit



15/41


Weichglühen

Ziel ist die Verbesserung der mechanischen (spanenden) oder thermischen Bearbeitbarkeit des Stahls

e c g ü e

oder thermischen Bearbeitbarkeit des Stahls durch eine Verringerung der Festigkeit.

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation°C

1200

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation schlechte Bearbeitbarkeit des Bauteils Gefüge liegt je nach Abkühlbedingung in

perlitischer oder martensitischer Form vor.pera

tur T

+ Fe3C800

C

1000G

+ Weichglühen

Vorgehensweise Glühen bei einer Temperatur unterhalb oder

oberhalb on Ac

Tem

p

P

Perli

t600

400

S

K

Weichglühen

+ Fe3C

oberhalb von Ac1

langsames Abkühlen Einstellen überwiegend kugeliger Karbide

durch Diffusionsvorgänge

Schnellstahl gehärtet (500:1)

Schnellstahl weichgeglüht (500:1)

Kohlenstoffgehalt1 20 0,5 1 20 0,5 Gew.-%Gew.Gew.0,8




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Spannungsarmglühen

Ziel ist der Abbau von inneren Spannungen ohne beabsichtigtes Ändern des Gefüges

Spa u gsa g ü e

ohne beabsichtigtes Ändern des Gefüges.

°C

1200

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation hohe Eigenspannungen im Bauteil als Folge

einer Kaltverformung, ungleichmäßigen Ab-kühlung oder Gefügeumwandlungener

atur

T

+ Fe3C800

°C

1000G

+ kühlung oder GefügeumwandlungenVorgehensweise Glühen unterhalb von Ac1 (450 °C bis 650 °C) durchgreifendes Erwärmen

Tem

p

P

Perli

t600

400

S

+ K

Spannungsarm-glühen + Fe3C

580 °C550 °C530 °CGlühdauer [h] beiZul. Restspannung [%]

580 °C550 °C530 °CGlühdauer [h] beiZul. Restspannung [%]

Kohlenstoffgehalt1 20 0,5 1 20 0,5 Gew. -%Gew.Gew.

4000,8

28160103186320

26300,540

28160103186320

26300,540




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Härten

Ziel ist es, die Eigenschaften des Martensits und Bainits (hohe Härte und Festigkeit) zu erreichen und somit u a die Verschleißbeständigkeit

ä te

Festigkeit) zu erreichen und somit u. a. die Verschleißbeständigkeit eines Bauteils zu steigern.

bainitisches

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation hohe Verschleißbeständigkeit und Dauer-

f ti k it i d f d t

Gefüge (500:1)

festigkeit sind gefordert Stahl liegt in unbehandeltem oder geglühtem

Zustand vor

Ac3 Vorgehensweise Hoch- und Durchwärmen des ges. Volumens

oder best. Randschichten auf oberhalb von Ac3

Halten und nachfolgendes

PerlitFerrit

empe

ratu

r T

Ac3

Ac1

Bainit (Zwischenstufe)

AustenitmartensitischesGefüge (1000:1)

Halten und nachfolgendes Abkühlen mit solcher Geschwindigkeit, dass die

Umwandlung vorwiegend in der Martensit- undZwischenstufe liegt.

Quelle: [Spur, Domke]

Te

1

(Zwischenstufe)

Martensit2




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Härten - Produktbeispieleä te odu tbe sp e e

Bremsscheibe für Geländefahrrad

Chirurgische Knochenfeile (X46Cr13)Geländefahrrad (X46Cr13)

PKW-Motorventil (X55CrNiMnN20S)

Kreuzgelenk für Wellenantrieb(16CrNi4)

Bilder: [Fa. Safed]



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Anlassen

Ziel ist es, den Werkstoff in einen gleichgewichtsnäheren Zustand zuüberführen um die Sprödigkeit und die hohen Eigenspannungen von

asse

überführen, um die Sprödigkeit und die hohen Eigenspannungen von Härtegefügen zu verringern.

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation z. B. gehärteter Zustand (spröde) hohe Eigenspannungen h b (V d B t ilat

ur T b

Ac3

Ac1

schwer zerspanbar (Verzug des Bauteils,hoher Werkzeugverschleiß)

Vorgehensweise Erwärmen auf unterhalb von Ac1 (a)Te

mpe

ra ac

Erwärmen auf unterhalb von Ac1 (a)100 °C bis 250 °C: 1. Anlassstufe250 °C bis 350 °C: 2. Anlassstufe350 °C bis 600 °C: 3. Anlassstufe

Halten (b)

T

Zeit Halten (b) Abkühlen (c) an Luft oder Öl




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Vergüten

Ziel ist es, bei vorgegebener Festigkeit ein Maximum an Zähigkeit imStahl zu entwickeln Dies wird durch eine kombinierte Wärme-

e güte

Stahl zu entwickeln. Dies wird durch eine kombinierte Wärmebehandlung aus Härten und Anlassen erreicht.

Bauteilanforderungen / Ausgangssituation Einsatz bei hohen dynamischen Belastungen

oder tiefen Temperaturenerat

ur T

Ac3

Ac1

Sprödbruchgefahr

Vorgehensweise z. B. 2-stufiges Vergüten

Tem

pe

Zeit

bTR

a

g g(a) Härten: oberhalb von Ac3(b) Anlassen

Vergüteter Stahl mit 0,73 % C (500:1),2 t fi V üt

Weichgeglühter Stahl mit 0,73 % C (500:1)

Zeit

Quelle: [Eckstein, Spur, Domke]

2-stufiges Vergüten:(a) 830 °C / Öl / 30 min(c) 460 °C / Luft



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Thermochemische Verfahrene oc e sc e e a e

Ein Werkstück oder ein Bereich eines Werkstückes wird absichtlich Temperatur-Zeit-Folgen und chemischen Einwirkungen ausgesetztTemperatur Zeit Folgen und chemischen Einwirkungen ausgesetzt, um ihm Eigenschaften zu verleihen, die es für seine Weiterverarbeitungoder Verwendung geeignet machen.

Thermochemische Verfahren

Einsatzhärten Eindiffusion von Metallen

Nitrieren und Nitrocarburieren Borieren

G P l Ch iGas-,Pulver-,Plasma- undSalzbadnitrieren

Pulver-,Salzbad- undGasborieren...

ChromierenVanadierenAluminierenSilizieren

DirekthärtenEinfachhärtenHärten nach iso-

thermischen Umw.... ...

Quelle: [Spur]

Doppelhärten...



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Thermochemische VerfahrenEindiffusion von Metallen

Über-kohlen

Pulver-aufkohlen

Direkthärten AluminierenAl

Thermochemische Verfahrenn

Aufkohlen

Wieder-aufkohlen

Pasten-aufkohlen

Salzbad-aufkohlen

Härten

Einfachhärten

Kern-härten Anlassen

Chromieren

Silizieren

Titanieren

CSi

Cr

Ti

diffu

sion

vo

chtm

etal

len aufkohlen

Carbo-nitrieren

aufkohlen

Gas-aufkohlen

Randhärten

Doppelhärten

Nit i

Aufzinken

Chromaluminieren

ChromsilizierenN

C/N

Einsatzhärten

Cr/Al

Zn

Cr/Si

Eind Ni Nitrieren

Oxidieren

Sulfonitrieren

Pulvernitrieren

SalzbadnitrierenAbschrecken Karbidbildung

Eindiffusion von Metallen und Nichtmetallen

S/N

O

N

X/C

n vo

n ta

llen

Effusion von Metallen

Sulfocarbonitrieren

Borieren

Entkohlen

Gasnitrieren

PlasmanitrierenNitridbildung

Boridbildung

S/C/N

B

X/N

X/B


Effu

sion

Nic

htm

et

Auskohlen

Dehydrieren

Zunderarmglühen,Blankglühen

H

AbkohlenCX/O



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Einsatzhärten

Ziel ist es, eine hohe Härte durch Anreicherung der Randzone mit Kohlenstoff und anschließendem Härten (gegebenenfalls Anlassen

sat ä te

Kohlenstoff und anschließendem Härten (gegebenenfalls Anlassen, Weichglühen) zu erzeugen.

Bauteilanforderungen / AusgangssituationBauteilanforderungen / Ausgangssituation hohe Verschleißbeständigkeit und Dauer-

festigkeit gefordert Zähigkeit im Kern des Bauteils erhalten

einsatzgehärtetes Zahnrad

Vorgehensweise Aufkohlen: Überlagerung eines thermischen

und chemischen Regimes zur Anreicherung der

einsatzgehärtete Rundprobeaus 17CrNiMo6

und chemischen Regimes zur Anreicherung der Randschicht mit Kohlenstoff

Härten dann ggf. Anlassen und Weichglühen

Quelle: [Eckstein, Spur]; Bilder: [Fa. Alte]



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Einsatzhärten – Temperatur-Zeit-FolgenVerfahrensvarianten Direkthärten, Einfachhärten

sat ä te e pe atu e t o ge

Einfachhärten, Härten nach isothermischen Umwandeln und Doppelhärten

Aufkohlen Aufkohlen

Direkthärten Einfachhärten

empe

ratu

r T

Anlassen

Ac3

Ac1

Aufkohlen

empe

ratu

r T

Anlassen

Ac3

Ac1

Aufkohlen Härten

Zahnrad während des Einsatzhärtens

Te

Zeit

TR

Te

Zeit

TR

Härten nach isothermischem Umwandeln

Doppelhärten

mpe

ratu

r T

Ac3

Ac1

Aufkohlen

Anlassen

Härten

isotherm. U d l i m

pera

tur T

Anlassen

Ac3

Ac1

Aufkohlen HärtenHärten

Quelle: [Spur, DIN 17022]

Tem

Zeit

TR

Umwandeln inder Perlitstufe Te

m

Zeit

TR



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Nitrieren und Nitrocarburieren

Ziel ist die Oberflächenhärtung durch Anreicherung der Randzone mitStickstoff (Nitrieren) oder gleichzeitig mit Stickstoff und Kohlenstoff

t e e u d t oca bu e e

Stickstoff (Nitrieren) oder gleichzeitig mit Stickstoff und Kohlenstoff (Nitrocarburieren).

Gasnitrieren und Gasnitrocarburieren: i i kh lti At häZ h d äh d d in ammoniakhaltiger Atmosphäre 500 °C bis 550 °C 30 h bis 100 h

S l b d it b i

Zahnrad während desPlasmanitrierens

Salzbadnitrocarburieren in Salzschmelze (Gemisch aus Cyanid und

Cyanat) 570 °C bis 580 °C

Kleinteile (hängend) während des Plasmanitrierens

2 h bis 4 h

Plasmanitrieren und PlasmanitrocarburierenWerkstück wird elektrisch isoliert in Sauerstoff/StickstoffWerkstück wird elektrisch isoliert in Sauerstoff/Stickstoff-

Atmosphäre einer Glimmentladung ausgesetzt ca. 550 °C 20 h bis 50 h Quelle: [Eckstein, Spur]; Bilder: [Fa. Rübig]



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Borieren

Ziel ist die Oberflächenhärtung und Erhöhung der Verschleiß-beständigkeit durch Anreicherung der Randzone mit Bor

o e e

beständigkeit durch Anreicherung der Randzone mit Bor.

Boridschicht auf Stahl

PulverborierenWerkstück wird mit Pulvergemischen abgedeckt

B4C – Borspender (5 %),100Cr6, sD = 50 m

B4C Borspender (5 %), KBF4 – Aktivator (5 %) undSiC – Füllmittel (90 %)

840 °C bis 1050°C, meist bei 900 °C je nach Schichtdicke 1 h bis 5 h je nach Schichtdicke 1 h bis 5 hBoridschicht auf Stahl

X10CrNiMoTi18, sD = 10 m Salzbadborieren ohne Elektrolyse: in Boraxschmelze mit B4C oder SiC mit Elektrol se B ent ässerte Bora schmel e mit

GasborierenWerkstück wird in gasförmigen Spendermedien boriert

mit Elektrolyse: z. B. entwässerte Boraxschmelze mit NaCl- und B203-Zusatz

Quelle: [Eckstein, Spur]; Bilder: [Fa. Alte]

Werkstück wird in gasförmigen Spendermedien boriertauf der Basis BCl3 oder B2H6

bereits ab 650 °C



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Eindiffusion von Metallen

Ziel ist es, durch Eindiffusion metallischer Elemente (z. B. Cr, Va, Nb Ti Al Ni oder Co) in die Randzone die Korrosions- und

d us o o eta e

Nb, Ti, Al, Ni oder Co) in die Randzone die Korrosions und Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.

Chromieren Pulvergemisch z. B. aus Ferrochrom (78 %),

NH4Cl (2 %) und Al2O3 (20 %) ca. 1000 °C 2 h bis 12 h 2 h bis 12 h

Aluminieren mit geschmolzenem Aluminium (Feueraluminieren) oder Randschicht (A) und Elementverteilung (B)

mit Pulver aus Aluminium (14 %), NH4Cl (2 %) undAl2O3 (84 %)

700 °C bis 1100 °C 1 s bis 3 s (Feueraluminieren), 5 h bis 20 h (Pulver)

einer Chromkarbidschicht auf Sinterstahlnach 2,5 h


( ), ( )

Chromschicht auf Stahl C100 nach 5 h, (500:1)



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Thermomechanische Verfahrene o ec a sc e e a e

Ein Werkstück oder ein Bereich eines Werkstückes wird absichtlich Temperatur-Zeit-Folgen und zusätzlich anderen physikalischen

z B

Temperatur Zeit Folgen und zusätzlich anderen physikalischenEinwirkungen ausgesetzt, um ihm Eigenschaften zu verleihen, die es für seine Weiterverarbeitung oder Verwendung geeignet machen.

z. B.WalzenGesenkschmieden Gesenkschmieden

Quelle: [Spur, DIN 17210, Fa. EB Gesenkschmiede]



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Thermomechanische Verfahren

Verformen der stabilen Hochtemperaturphase

Verformen der metastabilen Hochtemperaturphase

Verformen während der Umwandlung der

H ht t h i

Thermomechanische Verfahren

z. B. kontrolliertes WalzenHochtemperaturphase in

verschiedenen Umwandlungsstufen

bei Stählen bei MS<T<Ac3

IsoformingRekristallisation Vermeiden von Rekristallisation

bei Stählen:Umformen während derPerlitische Umwandlung

Bainitische UmwandlungPerlitische Umwandlung

Bainitische UmwandlungPerlitische Umwandlung

Martensitische Umwandlung

Temperaturgeregelte Warmumformung

Härten aus der Warmumformhitze

Austenitformhärten

Martensitische Umwandlungg

Bainitische Umwandlung

Martensitische Umwandlung

ratu

r T

Ac3

Ac1Ferrit

PerlitAustenit(metastabil)

Austenit (stabil)

erat

ur T

Ac3

Ac1Ferrit

Perlit

Austenit(metastabil)

Austenit (stabil)

erat

ur T

Ac3

Ac1Ferrit

Perlit

Austenit(metastabil)

Austenit (stabil)


Tem

per


Bainit

Martensit

Tem

pe


Bainit

Martensit

Tem

pe


Bainit

Martensit



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Thermomechanisches Walzen - Beispiele o ec a sc es a e e sp eWalzanlage für Präzisionsprofildrähteaus legiertem Stahl

Schematische Darstellung derSchematische Darstellung derTM-Walzanlage

H2OOfen

T1 T2 T3 T4 T5

Temperatur-Zeit-Folge und Verformungsgradbeim Thermomechanischen Walzen

Gerüst 1 Gerüst 2 Gerüst 3 HeizrohrLuftkühlungWasserkühlung

1250 °CT FerritAustenitbeim Thermomechanischen Walzen

750 °C, t = 2 bis 60 min

1050 °C 950 °C

650 °C

ε ≤ 50 % ε ≤ 50 %ε ≤ 50 %

Ø 12 mm 5,5 x 16,6 mm 3,0 x 19,8 mm 1,8 x 21,0 mm

t

Bilder: [Fa. Fuhr]



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Thermomechanisches Walzen –e o ec a sc es a eEinfluss auf die Festigkeit / Zähigkeit

Quelle: [Spur]



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8.7 Stoffeigenschaftsändern (Wärmebehandeln)8.7.3 Wärmebehandeln von Nichteisenmetallen

- GrundlagenNE-Metalle und –Legierungen

- Thermische VerfahrenThermisches Entspannen, Weichglühen, HomogeniserenLösungsglühen und Auslagern



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Nichteisenmetalle und -Legierungenc te se eta e u d eg e u ge

Leichtmetalle Schwermetalle

Dichte < 4 5 kg/dm3 Dichte > 4 5 kg/dm3

Edelmetalle

Aluminium-Legierungen Kupfer-Legierungen

Dichte < 4,5 kg/dm3 Dichte > 4,5 kg/dm3

Gold

Silberz. B. AlMn, AlMgSi, AlCuMg,G AlSi17 G AlSi10M

z. B. Messing (CuZn), Bronze(C Al C S C Pb C M )

PlatinG-AlSi17, G-AlSi10Mg,...Flugzeug- und Automobilbau,

Bauindustrie, Behälter- undGerätebau

(CuAl, CuSn, CuPb, CuMn,...)Chemieanlagen, Schiffsbau,

Elektrotechnik

Magnesium-Legierungen Nickelz. B. MgAl7Zn, MgMn2,

G-MgAl9, Gd-MgAl9Zn1,...Fl A t bil d

z. B. NiCr, NiCuFahrzeug-, Kraftwerksbau,

Titan-Legierungen Zinn

Flugzeug-, Automobil- undGerätebau

g , ,Chemieanlagen

Quelle: [Hütte]

Zink

Blei

z. B. TiAlFlugzeug- und Automobilbau,

Chemieanlagen, Schiffsbau undMedizintechnik



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Thermische Verfahren – NE-Metallee sc e e a e eta e


Lösungsglühen und Auslagern

Thermisches Entspannen Weichglühen Homogenisieren

Abbau von Eigen-spannungen

z. B. Gefahr von

Einstellen der Korn-grösse

Abhängigkeit vom Grad

Konzentrationsaus-gleich durch Diffusion

z. B. zur Verbesserung der

Lösung von Aus-scheidungen

zur Steigerung derSpannungsrisskorrosion, Glührissigkeit,Verzug bei spanender

Bearbeitung

der Kaltverformung Umformbarkeit FestigkeitHärte

Bauteile ausAluminium-KnetlegierungenAluminium-Gusslegierungen

lösungsgeglüht und

Quelle: [Spur, Fa. Alte]

ausgelagert



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8.7 Stoffeigenschaftsändern (Wärmebehandeln)8.7.4 Anlagen zum Wärmebehandeln

- Einteilung der Industrieöfen

- Industrieöfen – Beispiele

Durchlaufofen und Abschreckeinrichtung- Durchlaufofen und Abschreckeinrichtung



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Anlagen zum Wärmebehandeln – Einteilung der Industrieöfen

Industrieöfen

age u ä ebe a de te u g de dust eö e

Industrieöfen

Standöfen Durchlauföfen

KammerofenHerdwagenofenSchachtofen

RollenherdofenFörderbandofenDurchstoßofen

Haubenofen HubherdofenTiegelofen

DrehherdofenTunnelofenDurchziehofen

Thermo Thermo-Th i hThermo-chemische Verfahren


Thermochemische Verfahren


MehrzweckkammerofenV tik l t t f

Hängebahnofen SchüttelherdofenS h i t t fVertikalretortenofen

SalzbadofenDoppelkammerofen

SchwingretortenofenSchubschalenofenTrommelofen

Quelle: [Eckstein]



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Industrieöfen - Beispiele

Standöfen Durchlauföfen

dust eö e e sp e e

SchachtofenHaubenofen

HubherdofenMehrzweckkammerofenFörderbandöfen Durchstoßofen

Mehrzweckkammerofen

Bilder: Fa. Eliog, Stahlwerk Thüringen



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Durchlaufofen - Beispiel

Durchlaufofen AbschreckeinrichtungWärmgut

u c au o e e sp e

Befestigungselemente,BlechschraubenBolzen

Kontinuierliche Entleerung

Kugellagerteile, Käfige, KugelnFeinstanzteile, KaltziehteileAntriebskettenglieder, Achsen und RollenTeile für Handwerkzeuge, Sägeblätter, Schraubendreherg gNäh- und Stricknadeln

Sammeln in Kippbehälter

Bilder: Fa. Safed



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