Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe. WS 2014 Dr. Dieter Müller. Wir nehmen Perfektion persönlich.

Transkript

1 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe WS 2014 Dr. Dieter Müller Wir nehmen Perfektion persönlich. Folie 1 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

2 Inhalt Block 6 4 Die Wärmebehandlung der Al-Legierungen 5 Die Wärmebehandlung der Cu-Legierungen 6 Die Wärmebehandlung der Ti-Legierungen 7 Die Wärmebehandlung der Superlegierungen wird von Dr. Völkel im Anschluss gehalten Folie 2 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

3 Übersicht Wärmebehandlung Gusseisen Wärmebehandlungsverfahren Spannungsarmglühen Weichglühen bei niedriger Temperatur (Ferritisieren, Graphitisieren) Weichglühen bei mittlerer Temperatur (Ferritisieren, Graphitisieren) Weichglühen bei hoher Temperatur (Ferritisieren, Graphitisieren) Weichglühen bei hoher Temperatur Gusseisensorte Angestrebtes Ziel Temperatur ( C) Unlegiert, niedrig legiert, hoch legiert Unlegiert, niedrig legiert Legiertes Gußeisen und solche Sorten, die für das Glühen bei niedriger Temperatur nicht geeignet sind Meliertes oder weißes Gußeisen Meliertes oder weißes Gußeisen Beseitigung von Spannungen Ferritisches Gefüge, Erreichen bester Zerspanbarkeit Ferritisches Gefüge, Erreichen bester Zerspanbarkeit Ferritisches Gefüge, Erreichen bester Zerspanbarkeit Beseitigen von Carbideinschlüssen unter Beibehaltung maximaler Festigkeit und Härte Zeit 1h + 1h je 25 mm Wanddicke min bis 1 h je 25 mm Wanddicke >45 min je 25 mm Wandstärke bis 3 h + 1 h je 25 mm Wanddicke bis 3 h + 1 h je 25 mm Wanddicke Perlitglühen (Perlitisieren) Alle Sorten Perlitisches Gefüge bis 3 h + 1 h je 25 mm Wanddicke Härten Alle Sorten Martensitisches Gefüge höchster Härte Vergüten (Härten mit nachfolgendem Anlassen) Alle Sorten Vermindern der Sprödigkeit des Materials Zwischenstufenvergüten Unlegiert, niedrig legiert Bainitisches Gefüge (Zwischenstufengefüge) bis + 1 h je 25 mm Wanddicke h je 25 mm Wanddicke bis + 1 h je 25 mm Wanddicke Abkühlen Ofenabkühlung 40 K/h bis 300 C (bis 100 C für komplizierte Teile) Ofenbakühlung von Glühtemperatur bis 300 C Ofenabkühlung von Glühtemperatur bis 300 C Ofenabkühlung von Glühtemperatur bis 300 C Luftabkühlung bis 540 C, dann Ofenabkühlung bis 300 C Luftabkühlung bis 540 C, dann Ofenabkühlung bis 300 C Luft- oder Flüssigkeitsabschreckung Luft- oder Ofenabkühlung Luft- oder Flüssigkeitsabschreckung auf C/ 1,5 bis 4 h halten Quelle: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Folie 3 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

4 Wärmebehandlung Gusseisen Folie 4 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

5 Wärmebehandlung von GJS auf Festigkeit (Perlitglühen) EN-GJS (~100% Ferrit) EN-GJS (~80% Ferrit) EN-GJS (~80% Perlit) Haltezeit: 1 bis 5 h Ofenabkühlung, je nach gewünschtem Perlitanteil abbrechen Temperatur ( C) 720 Luftabkühlung, je nach Wanddicke an ruhender oder bewegter Luft Während der langsamen Ofenabkühlung lagert sich der im Austenit gelöste Kohlenstoff am Grafit des Gusseisens an und es bildet sich Ferrit. EN-GJS (~95% Perlit) Zeit Quelle: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Folie 5 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

6 Wärmebehandlung hochfester Gußeisensorten Quelle: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) GJS-900 Quelle: Diss. Kloeper, RWTH Aachen Folie 6 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

7 ADI Austempered Ductile Iron (bainitisches / ausferritisches Gusseisen) Quelle: Dorazil et.al., Gießereipraxis, 1982 Folie 7 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

8 Tempern Gusseisendiagramm (nach Maurer) 1: weißer Temperguss (oxidierende Atmosphäre) 2: schwarzer Temperguss (neutrale Atmosphäre) schwarzer Temperguss Weißer Temperguss Folie 8 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

9 Randschichthärten von Gusseisen Randschichthärten von Gusseisen Thermische Verfahren Thermochemische Verfahren Martensitisches Härten Flammhärten Induktionshärten Laserhärten Elektronenstrahlhärten Ledeburitisches Härten Umschmelzhärten durch Laserstrahl Elektronenstrahl Lichtbogen (WIG) Nitrieren Borieren Sulfonieren Chromieren Folie 9 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

10 Plasmanitrieren von Gusseisen Härte (HV0,1) GJS GJS GJL-250 GJMB GJMW-400 GJS ,2 0,4 0,6 Stirnflächenabstand (mm) nach: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Folie 10 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

11 Umschmelzhärten von Gusseisen Quelle: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Folie 11 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

12 Inhalt Block 6 3 Die Wärmebehandlung von Gusseisen 5 Die Wärmebehandlung der Cu-Legierungen 6 Die Wärmebehandlung der Ti-Legierungen 7 Die Wärmebehandlung der Superlegierungen wird von Dr. Völkel im Anschluss gehalten Folie 12 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

13 Ausscheidungshärten T in C (1) Lösungsglühen Homogener α-mischkristall (2) Abschrecken Übersättigter α-mischkristall (3) Ausscheidugshärtung / Auslagern Bildung von Al 2 Cu-Ausscheidungen α α+s α+θ S θ+s θ Al 2 Cu 548 C T [ C] Übersättigter Mischkristall (1) (2) Kohärente Ausschiedung GP I-Zone (3) Kohärente Ausscheidung GP II-Zone θ Teilkohärente Ausschiedung θ -Phase Wärmauslagern T> 20 C Kaltauslagern T = 20 C lg t Inkohärente Ausschiedung θ-phase Al Masse % Cu Fließspannung GP I GP II Überalterung θ Auslagerungszeit Folie 13 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

14 Auslagern Al-Cu-Legierungen Phasen beim Ausscheidungshärten von AlCu: Gleichgewichtsphasen: Al-Mk: α-phase Cu- reiche intermetallische Verbindung: θ-phase = Al 2 Cu Metastabile Gefügebestandteile: GP I-Zone (Guinier-Preston): Mit dem Matrixgitter kohärente Cluster (mit ca. 90% Cu-Anteil) mit ca. 0,5 nm Dicke und 8 nm Durchmesser Bildung nach mehreren Stunden bei Raumtemperatur Kaltaushärtung GP II-Zone (θ ): Plattenförmige, kohärente Ausscheidungen mit bis zu 2 nm Dicke und 30 nm Durchmesser Entstehung bei C Warmaushärtung kohärent teilkohärent inkohärent θ -Ausscheidungen: Plattenförmige, teilkohärente Ausscheidungen mit bis zu 20 nm Dicke und bis zu 100 nm Durchmesser Entstehung bei ca. 200 C θ-phase: Inkohärente Ausscheidungsphase Al 2 Cu Folie 14 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

15 Auslagern Al-Cu-Legierungen Härte (HB) Kupfergehalt: 4,5% 4% 3,5% 3% 2,5% 2% 1,5% 1% Härte (HB) Kupfergehalt: 4,5% 4% 3,5% 3% 2,5% 2% 1,5% 1% Auslagerungszeit bei 150 C (min) Auslagerungszeit bei RT (min) Folie 15 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

16 Intermetallische Phasen in Al-Legierungen Al 8 Fe Mg 3 Si 6 Al 18 Mg 3 Mn 2 Si Mn Fe Cu Mg Mg 2 Si Al 6 Mn Al 6 (Mn,Fe) Al 3 Fe Al 3 (Fe,Mn) Al 2 Cu Al 2 (Cu,Fe) Al 8 Mg 5 Mg 2 Si Al 12 Mn 3 Si Al 15 Mn 3 Si Al 15 (Mn,Fe) 3 Si 2 Al 7 Cu 2 Fe Al 2 Cu Mg (T) Al 6 Cu Mg 4 (S) Al 12 Fe 3 Si Al 5 Fe Si Al 8 Fe 2 Si Al 9 Fe 2 Si 2 Al 5 Cu 2 Mg 8 Si Folie 16 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

17 Aushärtbare Al-Legierungen Folie 17 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

18 Aushärtbare Al-Legierungen Folie 18 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

19 Aushärtbare Al-Legierungen Folie 19 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

20 Inhalt Block 6 3 Die Wärmebehandlung von Gusseisen 4 Die Wärmebehandlung der Al-Legierungen 6 Die Wärmebehandlung der Ti-Legierungen 7 Die Wärmebehandlung der Superlegierungen wird von Dr. Völkel im Anschluss gehalten Folie 20 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

21 Aushärtbare Cu-Legierungen Folie 21 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

22 Inhalt Block 6 3 Die Wärmebehandlung von Gusseisen 4 Die Wärmebehandlung der Al-Legierungen 5 Die Wärmebehandlung der Cu-Legierungen 7 Die Wärmebehandlung der Superlegierungen wird von Dr. Völkel im Anschluss gehalten Folie 22 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

23 Weichglühen von Titan Weichglühen Werkstoff Temperaturspanne C Haltezeit Abkühlung Reintitan min/mm mind 10 min Luft TiAl5Sn min/mm mind 30 min Luft oder Ofen bis 500 C dann Luft TiAl6V min/mm mind. 30 min Luft oder Ofen bis 500 C dann Luft TiAl6V6Sn min/mm mind. 30 min Luft oder Ofen bis 500 C dann Luft Folie 23 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

24 Spannungsarmglühen von Titan Spannungsarmglühen Werkstoff Temperaturspanne C Haltezeit Abkühlung Reintitan min Luft TiAl5Sn min Luft TiAl6V min TiAl6V6Sn min Luft oder Ofen bis 500 C dann Luft Luft oder Ofen bis 500 C dann Luft Die angegebene Haltezeit gilt für Dicken bis 10 mm, für jede weitere 10 mm 5 bis 20 min zusätzlich Folie 24 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

25 Lösungsglühen und Auslagern von Ti Lösungsglühen und Auslagern Werkstoff Behandlung Temperatur Spanne C Haltezeit Abkühlung TiAl6Zr TiAl6V4 Lösungsglühen min/mm mind. 60 min Auslagern h Luft Lösungsglühen min/mm mind. 15 min Öl Wasser Auslagern h Luft TiAl6V6Sn2 Lösungsglühen min/mm mind. 15 min Wasser Auslagern h Luft Folie 25 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

26 Wärmebehandlung von Ni- und Co-Legierungen im Anschluss durch Dr. Völkl Folie 26 Die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe