Definitionen Wärmebehandlung

Die Abkühlung erfolgt bei einer Wärmebehandlung nach einer Haltedauer auf einer Behandlungstemperatur. 

Die Abkühlgeschwindigkeit hängt vom Wärmeinhalt des Bauteils und dem Abkühlmedium (Abschreckmittel) ab. Je größer die Oberfläche des Bauteils ist, desto schneller kann es abkühlen, da die Wärme besser abgeleitet werden kann

Abschrecken ist das plötzliche Abkühlen im Anschluss an die Haltedauer einer Wärmebehandlung durch ein Abkschreckmedium.

Das Abschreckmedium kann entweder Wasser (sehr schnelle Abkühlung), Öl (mittelschnelle Abkühlung) oder an der Luft (langsame Abkühlung) sein. Je langsamer die Abkühlung, desto mehr verändert sich das Gefüge währenddessen, da bei sinkender Temperatur die Löslichkeit abnimmt.

Anlassen ist einer der letzen Arbeitsschritte bei der Wärmebehandlung, bei dem die Werkstoffeigenschaften eingestellt werden. Dabei entsteht ein günstiges Verhältnis zwischen Zähigkeit, Härte und Festigkeit. Dabei kommt es zum Abbau von Spannungen.

Je höher die Anlasstemperatur ist, desto mehr steigt die Zähigkeit und die Härte fällt ab

Die Anlassbeständigkeit beschreibt die Eigenschaft eines Materials, seine Eigenschaften während des Anlassens beizubehalten

Aufkohlen beschreibt die Wärmebehandlung in kohlenstoffreicher Umgebung, wodurch die Randschicht angereichert werden

Beim Auslagern werden Legierungselemente aus dem übersättigten Mischkristall ausgelagert und bilden Ausscheidungen. Das führt zu einer Steigerung der Festigkeit und Abnahme der Zähigkeit

Beim Ausscheidungshärten wird beim Lösungsglühen ein übersättigter Mischkristall erzeugt. Beim Abschrecken bleiben die Legierungselemente auch im festen Zustand im Kristallgitter gelöst. Erst beim Auslagern bilden sich Ausscheidungen, die die Festigkeit steigern

Beim Austenitisieren wird der Werkstoff so weit erhitzt, dass das krz Ferrit sich in kfz Austenit umwandelt und Carbide sich größtenteils auflösen

Bainit ist eine Zwischenstufe zwischen Perlit und Martensit und so nicht im Eisen-Kohlenstoffdiagramm zu finden. Im Vergleich zu Perlit hat es eine höhere Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit

Karbide sind Bestandteile des Gefüges, die sich bilden, wenn sich Legierungselemente an den Kohlenstoff binden. Ein Beispiel für ein Carbid ist Zementit (Fe3C).

Elemente mit besonderer Kohlenstoffaffinität sind Molybdän, Wolfram und Vanadium, diese bilden Sonderkarbide, die besonders hart und schwer aufzulösen sind.

Anreichern der Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff

Das Diffusionsglühen findet bei hohen Temperaturen statt. Dabei werden durch Diffusionsvorgänge Konzentrationsunterschiede im Material ausgeglichen. Die hohe Glühtemperatur ist also notwendig, damit die Teilchenbewegung möglich wird.

Beim Einsatzhärten wird der Werkstoff aufgekohlt, also Kohlenstoff in die Randschicht eingebracht. Dadurch erreicht man eine gute Härte der Randschicht bei weiterhin zähem Kern, da der Kohlenstoff nicht in den Kern eindiffundiert. Das sorgt dafür, dass die Verschleißbeständigkeit stark steigt.

Dieses Verfahren wird bei Bauteilen eingesetzt, die einer dauerhaften Belastung ausgesetzt sind

Ferrit ist der krz Zustand des Eisen

Das Austenitisieren des Werkstücks erfolgt duch eine Flamme und anschließendem Abschrecken. Vorteil an dieser Methode ist, dass es auch für partielle Härtung geeignet ist und es nur zu geringem Verzug kommt. Jedoch ist beispielsweise die Härtung von Bohrungen schwierig

Beim Glühen wird der Werkstoff auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dort gehalten, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und die mechanische Bearbeitbarkeit sowie Kaltumformung zu verbessern.

Man unterscheidet hauptsächlich zwischen Normalglühen, Diffusionsglühen, Weichglühen und Spannungsarmglühen

Beim Grobkornglühen wird der Werkstoff so weit erhitzt, dass es zum Kornwachstum kommt und ein gröberes Gefühe entsteht.

Das ist ein Verfahren, um die Zerspanbarkeit zu verbessern

Widerstand eines Werkstoffs gegen Eindringen eines härteren Prüfkörpers

Beim Härten wird der Werkstoff auf Austenitisierungtemperatur erhitzt. Bei der anschließenden Abschreckung entsteht ein martensitisches Gefüge. Dadurch kommt es zu einem Härteanstieg. Danach wird der Werkstoff bei niedriger Temperatur angelassen.

Durch Erreichen der Austenitisierungstemperatur lösen sich auch die Karbide auf.

Um eine vollständige Umwandlung zu Martensit zu erhalten, muss die Abschreckgeschwindigkeit höher sein als die kritische Umformgeschwindigkeit

Bei der Härteprüfung wird ein Prüfkörper in den Werkstoff gedrückt und der entstandene Eindruck vermessen. Man unterscheidet zwischen Härteprüfung nach Vickers, Rockwell und Brinell

Bei Erreichen der Härtetemperatur findet die Umwandlung zu Austenit statt und die Carbide lösen sich auf und die Legierungselemente werden in Lösung gebracht

Hochlegierte Stähle haben einen Legierungselementanteil von über 5%

Die Austenitbildung der Ranschicht findet durch eine magnetische Induktion statt. Durch den erzeugten elektrischen Widerstand entsteht Wärme.

Vorteile dieser Methode ist, dass eine gleichmäßige Härtung möglich ist und kaum Nachbearbeitung notwendig ist. Jedoch ist der Prozess aufgrund hoher Anschaffungskosten sehr teuer.

Der inhomogener Austenit ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff nicht gleichmäßig im Kristallgitter verteilt ist – z.B. bei sehr schneller Erwärmung und kurzen Haltezeiten beim Induktionshärten.

Als eine isotherme Umwandlung werden Gefügeänderungen während des Haltens auf einer konstanten Temperatur bezeichnet.

Die Umgebungstemperatur ist also konstant, während der Werkstoff auf die Temperatur abkühlt bzw vollständig auf die Temperatur erhitzt wurde.

Körner sind einzelne Einheiten mit einem einheitlich ausgebildeten Kristallgitter.

Korngrenzen sind die Übergänge zwischen zwei Körnern mit unterschiedlicher Orientierung

Laserstrahlhärten zählt auch zu den Verfahren der Randschichthärtung. Dadurch, dass das Material in der Umgebung des Laserstrahls kalt ist, findet eine Selbstabschreckung statt. Vorteil ist, dass eine hohe Verschleißfestigkeit erreicht werden kann, jedoch können nur Tiefen bis zu 2mm gehärtet werden. Dadurch, dass die Methode kaum Verzug erzeugt, ist auch kaum bis gar keine Nachbearbeitung notwendig.

Martensit ist ein feinnadeliges, sehr hartes und sprödes Gefüge. Es entsteht beim Abschrecken von Austenit mit derart hohen Abkühlgeschwindigkeiten, dass der Kohlenstoff gelöst bleibt und nicht aus dem Gitter ausdiffundieren kann. Beim Anlassen geht Martensit bei hohen Temperaturen und langen Glühzeiten in Ferrit mit eingelagertem kugeligen Zementit über.

Beim Nitrieren wird der Werkstoff in stickstoffreicher Umgebung erhitzt und dieser diffundiert in die Randschicht ein.

Nitrieren erhöht die Verschleißbeständigkeit sowie

Dauerfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit.

Es bildet sich eine Nitrierschicht, auch 𝛾′ − 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒 genannt.

Normalisieren oder auch Normalglühen sorgt dafür, dass sich ein gleichmäßiges Gefüge mit feinem Korn bildet. Beim Glühprozess findet eine vollständige Gefügeumwandlung statt, bei der die Körner neu gebildet werden. Es kommt zur Auflösung des Perlits.

Die Temperatur liegt kurz überhalb der GSK-Linie

Das Material muss vollständig austenitisieren, das heißt der Ferrit muß vollständig und die Karbide müssen nahezu vollständig aufgelöst sein.

kommt es dabei zum Überzeiten oder Überhitzen, bilden sich jedoch große Körner, daher sind die Prozessparameter genau zu bestimmen

Oberflächenhärten wird eingesetzt, um die Ranschicht eines Werkstücks verschleißfester und härter zu bekommen. Dazu wird der Werkstoff partiell so weit erhitzt, dass Legierungselemente (Kohlenstoff oder Stickstoff) in die Ranschicht eindringen können, der Kern aber kalt bleibt und somit auch keine LE eindringen und er somit zäh bleibt.

Perlit ist ein Gefüge, das aus Zementit und Ferrit besteht und ein lamellenartiges Gefüge hat. Es ist ein Eutektoid, entsteht also direkt aus der Schmelze und wandelt sich überhalb der A1 Temperatur wieder vollständig in Austenit um

Ziel des Rekristallisationsglühens ist es, ein kaltverformtes Gefüge zu reparieren, das an seine Umformgrenze gekommen ist. Beim Rekristallisationsglühen kommt es zu einer Kornneubildung, je höher der Umformgrad vorher ist, desto mehr Körner bilden sich neu. Durch diesen Prozess wird die Verformbarkeit verbessert.

Restaustenit ist austenitisches Gefüge, welches nicht umgewandelt werden konnte und im Vergleich zum martensitischen Gefüge sehr weich und daher unerwünscht ist.

Spannungsarmglühen ist ein Verfahren durch Reduktion der inneren Spannungen im Werkstoff durch Erhitzen auf niedrige Temperatur. Diese Spannungen entstehen beispielsweise durch Zerspanungsprozesse und Schneidprozesse. Um die Härte des Bauteils zu erhalten, muss die Glühtemperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegen

Vergüten ist eine Kombination aus Härten und Anlassen, bei der sowohl hohe Härte als auch Zähigkeit erzielt werden sollen. Dazu wird das Bauteil zunächst austenitisiert, anschließend abgeschreckt und auf hohen Temperaturen angelassen

Die Vickershärte wird wie folgt angegeben: Härtewert + HV + Prüfkraft + Einwirkdauer

Die Härteprüfung wird eingesetzt für harte Werkstoffe. Für weichere Werkstoffe verwendet man das Brinell-Verfahren, für sehr harte Werkstoffe das Rockwell-Verfahren

Warmumformprozesse finden oberhalb der Rekristallisationstemperatur statt, dazu zählt beispielsweise Warmwalzen. Damit können sehr hohe Umformgrade erzielt werden.

Ziel des Weichglühens ist die Verbesserung der Umformbarkeit sowie der Spanbarkeit. Die Glühtemperatur liegt um die GSK-Linie herum. Die Festigkeit sinkt dabei

Fe3C Zusammensetzung (auch Eisencarbid)