Wärmebehandlung des Stahls

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1 шut LEHRMI TEL Bibliothek des technischen Wissens Wärmebehandlung des Stahls 10., aktualisierte und erweiterte Auflage Prof. Dr.-Ing. Volker Läpple, Schorndorf VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Dusselberger Straße Haan-Gruiten Europa-Nr.: 13039

2 4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Grundlagen der Metallkunde Architektur des Atoms Elementarteilchen und Atommodelle Elektronenhülle Metallbindung Kristallgitter Elementarzelle und Kristallsystem Kubisch-primitives Kristallgitter Kubisch-raumzentriertes Kristallgitter Kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter Hexagonales Gitter dichtester Packung Polymorphie Entstehung eines Gefüges Gitterbaufehler Punktförmige Gitterbaufehler Leerstellen Zwischengitteratome Austausch-oder Substitutionsatome Einlagerungsatome oder interstitielle Atome Linienfehler Stufenversetzungen Schraubenversetzungen Gemischte Versetzungen Flächenförmige Gitterbaufehler Großwinkelkorngrenzen Kleinwinkelkorngrenzen Stapelfehler Grundlagen der Legierungsbildung Zustandsdiagramme von Zweistoffsystemen (binäre Legierungssysteme) Erstellung von Zustandsdiagrammen Thermische Analyse reiner Metalle und Metalllegierungen Grundtypen binärer Zustandsdiagramme Lesen binärer Zustandsdiagramme Lösungsphasen, Verbindungsphasen und Intermetallische Phasen Einteilung der Legierungsphasen Eigenschaften intermetallischer Phasen Einteilung der intermetallischen Phasen Zustandsdiagramme mit Verbindungsbildung Zustandsdiagramme mit offenem" Schmelzpunktmaximum Zustandsdiagramme mit verdecktem" Schmelzpunktmaximum Legierungsysteme mit Umwandlungen im festen Zustand Legierungssysteme deren Komponenten allotrope Modifikationen aufweisen Legierungssysteme mit eutektoidem Zerfall der Mischkristalle Reale Zustandsdiagramme Zustandsdiagramme von Dreistoffsystemen 49 Eisenwerkstoffe Reines Eisen Eisen-Kohlenstoff- Legierungen Mischkristalle (Ferrit, Austenit und (5-Ferrit) Gitterlücken im a-und (5-Eisen Gitterlücken im y-eisen Kohlenstofflöslichkeit des Eisens Verbindungsphasen (Zementit und e-carbid) Stabile Phase (Graphit) Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm Erstarrungsformen von Eisen- Kohlenstoff-Legierungen Aufbau des metastabilen Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramms 56

3 Inhaltsverzeichnis Phasengrenzen und Phasengebiete Liquiduslinie Soliduslinie Bezeichnung der wichtigsten Legierungsgruppen Erstarrungsvorgänge im metastabilen System Stahlecke" des metastabilen Systems 61 Stahlnormung Unlegierte Stähle mit Mn < 1 % (keine Automatenstähle) Unlegierte Stähle mit Mn > 1 %, unlegierte Automatenstähle sowie legierte Stähle mit Legierungsgehalten der einzelnen Elemente < 5 % Legierte Stähle mit Legierungsgehalten mindestens eines Elements a 5 % Schnellarbeitsstähle Zusatzsymbole 69 Einführung in die Wärmebehandlung der Stähle Ziele einer Wärmebehandlung von Stählen Einteilung der Wärmebehandlungsverfahren Prinzip einer Wärmebehandlung 72 Glühen Grobkornglühen (Hochglühen) Sinn und Zweck Anwendung Verfahren Innere Vorgänge Grobkornbildung Nachteile des Grobkornglühens Spannungsarmglühen Eigenspannungen Arten von Eigenspannungen Entstehung von Eigenspannungen Auswirkungen von Eigenspannungen Sinn und Zweck Anwendung Verfahren Innere Vorgänge Anwendungsgrenzen Diffusionsglühen (Homogenisierungsglühen) Sinn und Zweck Seigerungen und ihre Entstehung Anwendung Verfahren Innere Vorgänge Nachteile und Probleme des Diffusionsglühens Rekristallisationsglühen Sinn und Zweck Anwendung Innere Vorgänge Rekristallisationstemperatur Verfahren Korngröße nach dem Rekristallisationsglühen Abhängigkeit der Korngröße vom Verformungsgrad bei konstanter Glühtemperatur Abhängigkeit der Korngröße von der Glühtemperatur bei konstantem Verformungsgrad Kornvergrößerung und sekundäre Rekristallisation Vor- und Nachteile des Rekristallisationsglühens Kristallerholung Kalt- und Warmverformung Normalglühen von Stählen Anwendung Verfahren und innere Vorgänge Haltedauer beim Normalglühen Weichglühen von Stählen (Glühen auf kugelige Carbide).. 95

4 6 Inhaltsverzeichnis Anwendung Verfahren Innere Vorgänge 96 Härten Sinn und Zweck des Härtens Prinzip des Härtens Härtetemperatur Abkühlgeschwindigkeit und Gefügeausbildung Umwandlungen in der Perlitstufe Sehr langsame Abkühlung in der Perlitstufe Beschleunigte Abkühlung in der Perlitstufe Umwandlungen in der Bainitstufe Umwandlungen in der Martensitstufe Martensit Grundlagen der Martensitbildung Erscheinungsformen des Martensits Kristallographie der Martensitbildung Elementarzelle des Martensits Kritische Abkühlgeschwindigkeit Unlegierte Stähle Legierte Stähle Zusammenfassung Kohlenstofflöslichkeit des Austenits Temperaturbereich der Martensitbildung Restaustenit und Tiefkühlung Abschreckhärte Härtespannungen Abschrecken und Abschreckmittel Grundlagen des Abschreckvorgangs Kenngrößen von Abschreckmitteln und ihre Bestimmung Abschreckmittel Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme (ZTU-Diagramme) Zustandsdiagramm der unlegierten Stähle Bedeutung der ZTU-Diagramme Kontinuierliche ZTU- Diagramme Aufbau kontinuierlicher ZTU-Diagramme Ablesebeispiele Erstellung kontinuierlicher ZTU-Diagramme Isotherme ZTU-Diagramme Aufbau isothermer ZTU-Diagramme Ablesebeispiele Erstellung isothermer ZTU-Diagramme ZTU-Diagramme übereutektoider Stähle Anwendungsgrenzen von ZTU-Diagrammen Einfluss von Legierungselementen auf die Austenitumwandlung Zeit-Temperatur-Austenitisierungsdiagramme (ZTA-Diagramme) Kontinuierliche ZTA-Diagramme Austenitisieren untereutektoider Stähle Austenitisieren übereutektoider Stähle Isotherme ZTA-Diagramme Austenitisieren untereutektoider Stähle Austenitisieren übereutektoider Stähle Ermittlung und Genauigkeit von ZTA-Diagrammen Praktische Hinweise für das Austenitisieren Härteprüfverfahren Einteilung der Härteprüfverfahren 147

5 Inhaltsverzeichnis Härteprüfverfahren nach Brinell Härteprüfverfahren nach Vickers Härteprüfverfahren nach Rockwell Vergleich der Härteprüfverfahren Umwertung von Härtewerten Prüfung der Härtbarkeit - der Stirnabschreckversuch 156 Anlassen und Vergüten Anlassen Sinn und Zweck des Anlassens Innere Vorgänge beim Anlassen Anlassen der unlegierten Stähle Einfluss der Anlasstemperatur Einfluss der Anlassdauer Anlassen der legierten Stähle Anlassen von Stählen mit nicht Carbid bildenden Elementen Anlassen von Stählen mit Carbid bildenden Elementen Versprödungserscheinungen beim Anlassen von Stählen C-Versprödung C-Versprödung (Anlassversprödung) Volumenänderungen durch das Anlassen Anlassschaubilder Zusammenfassung Anlassen Vergüten Sinn und Zweck des Vergütens Prinzip des Vergütens Innere Vorgänge beim Vergüten Vergütungstiefe Anlassschaubilder für das Vergüten Vergütungsstähle Verwendung von Vergütungsstählen Normung von Vergütungsstählen Legierungselemente in Vergütungsstählen Sonderverfahren des Vergütens Bainitisieren Patentieren 184 Verfahren des Oberflächenhärtens Einteilung der Oberflächenhärteverfahren 185 Randschichthärten 186 Verfahren des Randschichthärtens 186 Tauchhärten 187 Flammhärten 188 Induktionshärten 189 Laserstrahlhärten 192 Elektronenstrahlhärten 192 Vergleich der Randschichthärteverfahren 193 Prüfgrößen beim Randschichthärten 194 Werkstoffe für das Randschichthärten 195 Einsatzhärten 197 Einführung in das Einsatzhärten 197 Prinzip des Einsatzhärtens Aufkohlen 198 Prinzip des Aufkohlens 198 Aufkohlungstiefe 199 Aufkohlen und Entkohlen 199 Aufkohlungsmedien und Aufkohlungsverfahren 200 Carbonitrieren 205 Prinzip des Carbonitrierens Behandlungsmittel für das Carbonitrieren 206 Verfahren des Carbonitrierens. 207 Vor- und Nachteile des Carbonitrierens 208 Härten der Randschicht 209 Härtetemperatur 209 Oberflächenhärte 210 Härteverfahren 210 Einsatzhärtungstiefe 213 Tiefkühlen 213 Anlassen 213 Einsatzstähle 214 Eigenschaften von Einsatzstählen 214

6 8 Inhaltsverzeichnis Normung von Einsatzstählen Legierungselemente in Einsatzstählen Nitrieren und Nitrocarburieren Einführung in das Nitrieren und Nitrocarborieren Aufbau von Nitrierschichten Verbindungsschicht Diffusionsschicht Härteverlaufskurven und Nitrierhärtetiefe Härte der Verbindungsschicht Härte der Diffusionsschicht Nitrierhärtetiefe Nitrierverfahren Gasnitrieren Plasmanitrieren Nitrocarburierverfahren Pulvernitrocarburieren Salzbadnitrocarburieren Gasnitrocarburieren Plasmanitrocarburieren Vergleich der Nitrier- und Nitrocarburierverfahren Vorteile und Nachteile des Nitrierens und Nitrocarburierens Anwendung des Nitrierens und Nitrocarburierens Nitrierstähle Borieren Einführung in das Borieren Aufbau und die Dicke von Boridschichten Verbindungsschicht Diffusionszone Schichtdicke beim Borieren Härtewerte und Härteverlaufskurven Borierverfahren Borieren in festen Medien Borieren in flüssigen Medien Borieren in gasförmigen Medien Werkstoffe für das Borieren Vor- und Nachteile des Borierens Hinweise zur boriergerechten Gestaltung von Werkstücken Weitere Oberflächenhärteverfahren (Metall-Diffusionsverfahren) : Verhaltensregeln und Vorsichtsmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit 241 Wärmebehandlungsangaben in Technischen Zeichnungen Anwendung und Gültigkeit der Symbolik Wort- und Zustandsangaben Wärmebehandlungsverfahren Oberflächenhärte Härtetiefe Aufkohlungstiefe (CD) Verbindungsschichtdicke (CLT) Kenngrößen wärmebehandelter Werkstücke Randschichthärtungstiefe Schmelzhärtungstiefe Einsatzhärtungstiefe Nitrierhärtetiefe Zeichnerische Darstellung von Wärmebehandlungsangaben Wärmebehandlung des gesamten Werkstücks Örtlich begrenzte Wärmebehandlung Kennzeichnung von Messstellen Wärmebehandlungsbilder Wärmebehandlungsanweisung und Wärmebehandlungsplan Zusammenfassung 252 Englische Fachausdrücke 254 jj Aufgabensammlung 259