Wärmebehandlung: Glühverfahren der Stähle

Andreas Höfler

9 Mar 202208:20

Summary

TLDRDas Video skizziert verschiedene Wärmebehandlungsverfahren für Stähle, die sowohl die Eigenschaften als auch das Gefüge des Materials beeinflussen. Es erläutert, wie durch die Wärmebehandlung unerwünschte Gefügeänderungen rückgängig gemacht und teilweise sogar neue Eigenschaften erzielt werden können. Die Methoden umfassen das Normalglühen, das Weichglühen, das Grobkorngrün, das Kristallisationsgrün und das Spannungsarmglühen. Jeder dieser Prozesse wird detailliert beschrieben, einschließlich der Temperaturbereiche und der Auswirkungen auf die Materialeigenschaften. Das Video betont die Bedeutung von Wärmebehandlungen für die Verbesserung der Verformbarkeit, die Reduzierung von Eigenspannungen und die Steigerung der Zerstörungsfestigkeit von Stahlwerkstoffen.

Takeaways

🔧 Die Eigenschaften von Stahl können durch Wärmebehandlungsverfahren beeinflusst werden, um unerwünschte Gefügeänderungen rückgängig zu machen oder neue Eigenschaften zu erzielen.
🌡️ Beim Normalglühen wird Stahl bis knapp über die γ-α-Umwandlungstemperatur erwärmt, um ein homogenes Perlitgefüge zu erhalten, das nach dem Abkühlen verliert.
🔥 Beim Weichglühen werden Stähle unterhalb der γ-α-Umwandlungstemperatur erwärmt, um eine kugeligen Zementitgefüge zu erhalten, das besser verformbar ist.
🌟 Beim Grobkörnig-Grünen wird Stahl zwischen 950°C und 1100°C erwärmt, um die Korngrenzen durch Atomdiffusion zu verlagern und so die Korngrößte zu erhöhen.
🛠️ Beim Rekristallisationsglühen wird Stahl unterhalb der γ-α-Umwandlungstemperatur erwärmt, um die Verformungseigenschaften des Materials wiederherzustellen.
🧠 Beim Fusionsgrünen werden Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt bei Temperaturen zwischen 1050°C und 1300°C geglüht, um die Verteilung von Legierungselementen zu verbessern.
🎚️ Spannungsarme Glühen wird verwendet, um Eigenspannungen im Werkstück zu beseitigen, die durch ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung entstehen können.
🔩 Eigenspannungen können die Festigkeit eines Werkstücks herabsetzen und zu Verzugsproblemen im nachfolgenden Zerspanungsprozess führen.
🔄 Die Wärmebehandlung ermöglicht es, die mechanischen Eigenschaften von Stahl durch gezielte Veränderung des Gefüges nachträglich zu optimieren.
📉 Eine heterogenes Gefüge nach Schmieden oder Walzen kann zu einer anisotropen Materialstruktur führen, was die Verformbarkeit des Stahls beeinträchtigt.
⏱️ Die Dauer der Glühbehandlung hängt von der Dicke des Werkstücks ab und kann mehrere Stunden betragen, um ausreichende Atomdiffusion zu ermöglichen.

Q & A

Was ist der Einfluss des Gefühls von einem Stall auf das Gefüge des Stahls?
-Das Gefühl von einem Stall beeinflusst das Gefüge des Stahls nicht direkt, aber es ist ein metaphorischer Ausdruck, um die Eigenschaften und das Verhalten des Stahls zu beschreiben, die durch unterschiedliche Wärmebehandlungsverfahren beeinflusst werden können.
Wie beeinflussen die Erstattungsbedingungen das Gefüge einer Stadt?
-Die Erstattungsbedingungen haben keinen direkten Einfluss auf das Gefüge einer Stadt. Im Kontext des Stahls können sie jedoch die Art und Weise beeinflussen, wie das Material nach der Wärmebehandlung aussehen und sich verhält.
Was sind die Hauptgründe für die Entwicklung von Wärmebehandlungsverfahren?
-Wärmebehandlungsverfahren wurden entwickelt, um unerwünschte Gefügeänderungen rückgängig zu machen und teilweise sogar vollständig neue Eigenschaften zu erzielen, indem das Gefüge durch hohe Temperaturen und gezielte Steuerung der Abkühlung verändert wird.
Wie wird das normale Glühen definiert?
-Normales Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem der Stahl bis knapp über die Gleichgewichtskurve (GSK) erwärmt wird, so dass sich das Perlit vollständig in Austenit umwandelt. Der Stahl wird dann langsam an Luft abgekühlt, was zu einer feinen und homogenen Struktur führt.
Was ist das Ziel beim Weichglühen von Stahl?
-Beim Weichglühen wird der Stahl erwärmt, um seine Verformbarkeit zu erhöhen, ohne seine mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dies ist nützlich für Materialien, die in der Produktion leichter verformt werden müssen.
Wie wird die Verformbarkeit von Stahl verbessert, wenn es durch Weichglühen erhöht werden soll?
-Beim Weichglühen werden Stähle bis knapp unterhalb der Perilit-Austenit-Umwandlungstemperatur erwärmt, was die Verformbarkeit erhöht, indem der lamellförmige Zementit in eine thermodynamisch günstigere, kugelige Form umgewandelt wird.
Was ist der Vorteil eines grobkörnigen Gefüges in Stahl?
-Ein grobkörniges Gefüge bietet in der Regel eine bessere Zerspanbarkeit aufgrund der erhöhten Sprödigkeit der großen Körner, was insbesondere für kohlenstoffarme Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,3 Prozent von Vorteil sein kann.
Wie wird die Anisotropie in gewalzten Blechen verursacht?
-Die Anisotropie in gewalzten Blechen entsteht durch die langgestreckten Kristalle, die als Walztextur bezeichnet werden. Diese kann zu einer erhöhten Neigung zur Rissbildung während des Verformungsprozesses führen.
Was ist das Ziel des Rekristallisationskerns?
-Das Ziel des Rekristallisationskerns ist es, die verformten Kristalle eines umgeformten Gefüges wieder in ihre ursprüngliche Form zu bringen, um die Verformbarkeit des Materials wiederherzustellen und die Anisotropie zu reduzieren.
Wie wird die Konzentration von Legierungselementen im Gefüge beeinflusst, wenn sie nicht homogen verteilt sind?
-Nicht homogene Verteilung der Legierungselemente im Gefüge kann zu sogenannten Kristallweigerungen führen, die unterschiedliche Eigenschaften innerhalb eines Kristalls verursachen können. Dies kann das Gefüge schwächen und durch nachträgliche Wärmebehandlung, wie das sogenannte Diffusionsgrün, beseitigt werden.
Was ist das Ziel von Spannungsarmglühen?
-Das Ziel von Spannungsarmglühen ist es, die im Werkstück entstandenen Eigenspannungen zu beseitigen, die die Festigkeit des Werkstücks herabsetzen oder zu einem Verzug des Bauteils führen können, wenn sie sich plötzlich lösen.
Wie wird die Eigenspannung im Werkstück durch das Spannungsarmglühen reduziert?
-Beim Spannungsarmglühen wird das Werkstück unterhalb der Perilit-Austenit-Umwandlungstemperatur erwärmt, wobei die Festigkeit des erwärmten Bauteils mit höherer Temperatur abnimmt und die Streckgrenze unter den Wert der Eigenspannungen fällt. Dadurch werden die Eigenspannungen durch plastische Verformung abgebaut, ohne dass das Gefüge sichtbar verändert.

Outlines

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🔧 Wärmebehandlung von Stahl - Grundlagen und Verfahren

Der erste Absatz behandelt die Auswirkungen von Wärmebehandlungsverfahren auf das Gefüge von Stahl. Es wird erklärt, wie unerwünschte Gefügeeigenschaften durch nachträgliche Verfahren wie Tiefziehen und Schweißen beeinflusst werden können. Des Weiteren werden verschiedene Wärmebehandlungsverfahren wie das Normalglühen, Weichglühen, Grobkorngrün und Kristallisationsglühen beschrieben, die dazu dienen, die Materialeigenschaften zielgerichtet zu verändern oder homogen zu machen.

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🔧 Rekristallisation und Eigenspannungen - Wärmebehandlungsziel

Der zweite Absatz konzentriert sich auf die Rekristallisation und die Entstehung von Eigenspannungen in Stahl. Es wird beschrieben, wie durch das Rekristallisationsglühen unterhalb der PSK-Linie (Perlite-Austenit-Umwandlungstemperatur) die Verformungseigenschaften des Stahls wiederhergestellt werden können. Auch die Auswirkungen von Konzentrationsunterschieden in Stahlgefügen und die Notwendigkeit ihrer Beseitigung durch nachträgliche Wärmebehandlung werden erläutert. Abschließend wird das Spannungsarmglühen als Methode zur Beseitigung von Eigenspannungen vorgestellt.

Mindmap

Keywords

💡Stahlgefüge

Das Stahlgefüge bezieht sich auf die innere Struktur von Stahl, die aus verschiedenen Arten von Kristallen und deren Verteilung besteht. Im Video wird erklärt, wie Wärmebehandlungen das Gefüge beeinflussen und unerwünschte Eigenschaften beseitigen oder verbessern können. Ein Beispiel ist die Normalglühung, bei der Stahl bis knapp über die Kritallisationstemperatur erwärmt wird, um ein homogeneres Gefüge zu erreichen.

💡Wärmebehandlung

Wärmebehandlungen sind Verfahren, bei denen Stahl durch Erwärmung und Abkühlung in einem kontrollierten Prozess verändert wird, um seine Eigenschaften zu optimieren. Im Video werden verschiedene Arten von Wärmebehandlungen wie Normalglühen, Weichglühen und Rekristallisationsglühen beschrieben, die jeweils unterschiedliche Temperaturen und Zeiten erfordern.

💡Perlit

Perlit ist eine Phase im Stahlgefüge, die bei Erwärmung über die Kritallisationstemperatur in Austenit umgewandelt wird. Im Video wird erwähnt, dass bei der Normalglühung der Stahl so erhitzt wird, dass das Perlit vollständig in Austenit umwandelt, bevor der Stahl langsam abgekühlt wird.

💡Austenit

Austenit ist eine Kristallphase von Stahl, die bei hohen Temperaturen vorkommt und für seine Fähigkeit zur Verformung bekannt ist. Im Kontext des Videos wird Austenit als Zwischenprodukt bei der Umwandlung von Perlit durch Erwärmung beschrieben.

💡Rekristallisationsglühen

Rekristallisationsglühen ist ein Verfahren, bei dem Stahl unterhalb der Kritallisationstemperatur erwärmt wird, um die Verformung und die daraus resultierenden Eigenschaften wieder rückgängig zu machen. Im Video wird dies als Methode beschrieben, um die Verformung von Stahl nach Umformprozessen wie Biegung oder Tiefziehen rückgängig zu machen.

💡Grobkörniges Gefüge

Ein grobkorniges Gefüge ist eine Struktur von Stahl, die aus großen Kristallen besteht. Im Video wird betont, dass, obwohl ein grobkorniges Gefüge in der Regel unerwünscht ist, es für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt als Alternative zum Weißglühen zur Verbesserung der Zerspanbarkeit verwendet werden kann.

💡Zementit

Zementit ist eine Art von Kohlenstoff in Stahl, der in lamellärer Form vorkommt und durch Wärmebehandlung in kugelförmige Aggregate umgewandelt werden kann. Im Video wird erklärt, dass die Umwandlung von lamellärem Zementit in kugelförmiges Zementit durch Weichglühen erreicht wird, was zu einer besseren Verformbarkeit des Stahls führt.

💡Eigenspannungen

Eigenspannungen sind interne Spannungen innerhalb eines Werkstücks, die durch ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung entstehen können. Im Video wird betont, dass Eigenspannungen die Festigkeit des Werkstücks verringern und zu Verzugsproblemen im Anschluss an einen Bearbeitungsprozess führen können.

💡Spannungsarmglühen

Spannungsarmglühen ist ein Verfahren, das verwendet wird, um Eigenspannungen in einem Werkstück zu beseitigen. Im Video wird dies als Methode beschrieben, bei der das Werkstück unterhalb der Kritallisationstemperatur erwärmt wird, um die Eigenspannungen durch plastische Verformung aufzulösen, ohne dass das Gefüge sichtbar verändert.

💡Diffusionsglühen

Diffusionsglühen ist ein Verfahren, bei dem Stahl bei relativ hohen Temperaturen für längere Zeiten erhitzt wird, um die Verteilung von Legierungselementen im Gefüge zu verbessern. Im Video wird dies als Methode erwähnt, um Konzentrationsunterschiede in Stahl mit hohem Legierungsgehalt zu beseitigen.

💡Walztextur

Walztextur ist eine Eigenschaft von Stahl, die durch das Walzen verursacht wird und durch langgestreckte Kristalle gekennzeichnet ist. Im Video wird erläutert, dass eine solche Textur das Gefüge anisotrop macht und das Risiko von Rissen während der Verformung erhöht.

Highlights

Das Gefüge von Stahl kann durch nachträgliche Fertigungsverfahren wie Tiefziehen und Schweißen negativ beeinflusst werden.

Wärmebehandlungsverfahren wurden entwickelt, um das Stahlgefüge durchaussetzende hohe Temperaturen und gezielte Steuerung der Abkühlung zu ändern.

Unerwünschte Gefügeänderungen können durch Wärmebehandlungen rückgängig gemacht und teilweise völlig neue Eigenschaften erzielt werden.

Normalglühen umfasst das Aufheizen des Stahls bis knapp über die γ-α-Umwandlungstemperatur, gefolgt von einer langsamen Luftabkühlung.

Weichglühen ermöglicht eine verbesserte Verformbarkeit von Stahl durch Erwärmung knapp unterhalb der γ-α-Umwandlungstemperatur.

Grobkörniges Gefüge kann bei Kohlenstoffarmstählen mit weniger als 0,3 Prozent Kohlenstoff als Alternative zum Weißglühen zur Steigerung der Zerspanbarkeit hergestellt werden.

Beim Grobkornglühen wird der Stahl zwischen 950 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius gekühlt, um die Atomanordnung an den Korngrenzen zu ändern.

Rekristallisationsglühen hilft, die Verformung von Stahlgefügen durch Umformprozesse rückgängig zu machen, indem es die Kristalle in ihre ursprüngliche Form zurückbringt.

Die Verformung von Stahl durch Walzen kann zu einer Anisotropie mit langgestreckten Kristallen führen, was als Walztextur bekannt ist.

Diffusionsglühen wird verwendet, um Konzentrationsunterschiede in hochlegierten Stahlen durch längeres Glühen bei Temperaturen zwischen 1050 Grad Celsius und 1300 Grad Celsius auszugleichen.

Spannungsarmglühen beseitigt Eigenspannungen im Werkstück, indem es unterhalb der γ-α-Umwandlungstemperatur von 550 Grad Celsius bis 650 Grad Celsius erfolgt.

Eigenspannungen können die Festigkeit des Werkstücks herabsetzen und im weiteren Zerspanungsprozess zum Verzug führen.

Die Wärmebehandlung von Stahl ist notwendig, um unerwünschte Gefügeeigenschaften zu homogenisieren und wieder reproduzierbare Materialeigenschaften zu gewährleisten.

Die verschiedenen Glühverfahren haben unterschiedliche Temperaturen und Abkühlprozesse, um spezifische Materialeigenschaften zu erreichen.

Glühverfahren wie das Weichglühen und das Normalglühen sind entscheidend für die Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Stahl.

Die Wärmebehandlung kann dazu beitragen, die Verformbarkeit von Stahl zu verbessern, was für die Fertigung von komplexen Formen wichtig ist.

Die Kontrolle der Abkühlungsrate ist entscheidend für die Erreichung der gewünschten Gefügeeigenschaften nach der Wärmebehandlung.

Glühverfahren können dazu verwendet werden, um die Eigenschaften von Stahl nach dem Schmieden oder Walzen wieder in einen homogenen Zustand zurückzuversetzen.