Werkstofftechnik 1 (Fach) / Kapitel 5 (Lektion)

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• Welche besonderen Eigenschaften des Eisens ermöglichen bei Stählen spezielle Wärmebehandlungsmethoden? - Polymorphie- unterschiedliche Löslichkeit (temp.-gitterabhängige) des Eisens für C-Atome
• Geben Sie jeweils vier thermische und zwei thermochemische Wärmebehandlungsverfahren an. Thermische Verfahren: Thermochemische Verfahren: Thermische Verfahren: Normal-, Weich-, Spannungsarm- und Rekristallisationsglühen, Vergüten, Härten, Oberflächenhärten Thermochemische Verfahren: Einsatzhärten, Nitrieren
• Beantworten Sie zum Normalglühen folgende Fragen: a) Welche Gefügezustände werden erreicht und welche Eigenschaften können mit dem Verfahren geändert werden? b) Geben Sie Anwendungsbeispiele. c) Beschreiben Sie die Verfahrensweise (Temperaturbereich, Haltezeit, Abkühlung). d) Durch welchen metallkundlichen Mechanismus wird das gewünschte Gefüge erreicht? a) - Feinkörniges Gefüge mit rundl. Körnern gleicher Größe -Steigerung der Festigkeit und Zähigkeit b) - Beseitigung von Grobkern/ Stengelkristalliten c) - schnelles Aufheizen 30 bis 50°C über GSK- kurzzeitig Halten bis der Kern in Austenit umgewandelt wurde- zügiges Abkühlen (nicht Abschrecken) unter 723°C d) - zweimalige polymorphe Gitterumwandlung von Ferrit/ Perlit in Austenit und zurück
• Beantworten Sie zum Spannungsarmglühen folgende Fragen: a) Welche Gefügezustände können mit dem Verfahren geändert werden und welche Gefahren vermieden werden? b) Geben Sie Anwendungsbeispiele. c) Beschreiben Sie die Verfahrensweise (Temperaturbereich, Haltezeit, Abkühlung). d) Durch welchen metallkundlichen Mechanismus wird das gewünschte Gefüge erreicht? a) - Verringerung der Eigenspannungen -> Vermeidung von Verzug, Rissen -> Bruchgefahr durch Überlagerung von Eigenspannungen mit betrieblich bedingten Spannungen b) - dickwandige Schmiede- und Gussteile c) - sehr langsame Erwärmung - glühen bei 550 bis 630°C mehrere Std.- sehr langsame Abkühlung d) - plastische Verformung im Mikrobereich
• Welchem Zweck dient das Weichglühen? - geringere Kräfte beim Bearbeiten- Spanbarkeit und Umformbarkeit wird erleichtert (durch Umwandlung der Zementitlamellen in kugelige Teilchen)
• Welchem Zweck dient das Rekristallisationsglühen? - Verformbarkeit wird wiederhergestellt- Texturen beseitigt- Festigkeit/ Zähigkeit gesteigert
• Beschreiben Sie die metallkundlichen Vorgänge im Kristallgitter während der Entstehung von Martensit -> Wichtig! - Diffusion von Fe und C-Atomen unterdrückt -> C-Atome werden bei der ϒ-α-Umwandlung im raumzentrierten Gitter zwangsgelöst und verzerren das raumzentrierte Martensitgitter tetragonal.
• Welche Eigenschaften hat Martensit? - hohe Härte- hohe Sprödigkeit
• Welche Arbeitsschritte sind zum Härten notwendig? - Austenitisieren (oberhalb GSK)- Abschrecken- Anlassen zu 100 bis 300°C
• Wie können unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten realisiert werden? - unterschiedliche Abschreckmittel mit unterschiedlicher Ablühlwirkung (Kohlenstoffgehalt/ Legierungselemente (behindern Versetzungswanderung/ Wandern von Atomen) enthalten?
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• Wovon hängt die maximal erreichbare Härte (Aufhärtbarkeit) ab? - vom Kohlenstoffgehalt
• Wodurch können in gehärteten Bauteilen weiche Restaustenitanteile vorliegen? - bei hohem C-Gehalt sinkt das Ende der Martensitbildung (Mf) unter Raumtemperatur (Restaustenitanteile verhindern weiteren Härteanstieg)
• Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Vergüten und Härten? - Anlasstemperatur beim Vergüten ist höher -> mehr zwangsgelöste C-Atome -> höhere Zähigkeit als beim Härten
• Warum kann beim Vergüten von legierten Stählen eine wesentlich höhere Festigkeit erzielt werden als bei unlegierten Stählen? - bei der Diffusion scheidet kein Zementit aus, dass sich sammelt, sondern es bilden sich Sondercarbide, die fein verteilt vorliegen (Ausscheidungshärten) Vorteile legierter Stähle beim Vergüten:- kein Härteabfall beim Anlassen- tiefere Einhärtbarkeit u./o. mildere Abschreckmittel
• Auf welchen metallkundlichen Mechanismen beruht die Randschichthärtung beim Flamm- und Einsatzhärten sowie beim Nitrieren? Flammhärtung: Einsatzhärtung: Nitrieren: Flammhärtung: - nur die Randschicht wird kurzzeitig austenitisiert -> dann durch sofortiges Abschrecken Martensitbildung (nur in der Randschicht) Einsatzhärtung: - Austenitisieren mit Eindiffundieren von C-Atomen in die Oberfläche -> Härten mit Martensitbildung -> beim Anlassen teilweise Ausscheidung zwangsgelöster C-Atome Nitrieren: - Eindiffundieren von N-Atomen sowie Mischkristallhärtung -> mit Nitridbildung in der Randschicht
• Was ist der Zweck des Randschichthärtens? - sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit in der Randschicht während der Kern der Bauteile eine hohe Zähigkeit aufweist

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