optimierung von stahleigenschaften durch wärme

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Optimierung von Optimierung von StahleigenschaftenStahleigenschaftendurch Wärmedurch Wärme

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VorstellungVorstellung

Kleine StahlkundeErreichen gewünschter

Festigkeitseigenschaften bei StahlEingehen auf Fragen aus dem

Publikum

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TagesordnungTagesordnung

DefinitionenGefügestrukturenErklärungenPraxis

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Übersicht Übersicht

Definition von Stahl Atomarer Aufbau Stahl Gefüge Wirkung von Legierungsbestandteilen Klassifizierung der Stähle Werkstoffnummern, DIN- Bezeichnungen

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Definition von StahlDefinition von Stahl

Stahl ist eine (meist) schmiedbare Eisenkohlenstofflegierung die einen maximalen Kohlenstoffanteil von zwei Massenprozenten aufweist.

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Atomarer AufbauAtomarer AufbauEisenatome können zwei

Kristallgitterstrukturen annehmen

Kubisch- RaumzentriertAlpha- Eisen

Kubisch- FlächenzentriertGamma- Eisen(Dichteste Packung)

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Aufbau von StahlAufbau von Stahl

Atom Kristall Korn (Globulit) Gefüge

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Temperaturabhängigkeit der Temperaturabhängigkeit der AtomanordnungAtomanordnung Bei Raumtemperatur Alpha- Eisen Umwandlung bei 911°C Umwandlung in

Gamma- Eisen

Interessanter Versuch mit gespanntem Draht:– Bei Erwärmung ab Raumtemperatur dehnt sich

dieser Draht aus und fängt an zu hängen, um dann bei 911°C ruckartig kürzer zu werden. Warum?

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Beim Kubisch- flächenzentrierten Gammaeisen findenim selben Raum mehr Atome Platz als beim kubisch-raumzentrierten Alpha- Eisen

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Wirkung des KohlenstoffsWirkung des Kohlenstoffs

Kohlenstoff ist meist als Eisenkarbid vorhanden

Eisenkarbid ist ein sehr harter StoffBei höherem Kohlenstoffgehalt wird

Kohlenstoff in Form von Graphit ausgeschieden Grauguss

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Das KohlenstoffdiagrammDas Kohlenstoffdiagramm

Gibt Auskunft über atomarer Zustand des Eisenssowie Kohlenstoffverbindungen bezüglich Temperatur

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Das ZTU- SchaubildDas ZTU- Schaubild (Zeit-Temperatur-Umwandlung)(Zeit-Temperatur-Umwandlung)

Beispiel1.1191

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Einfluss von weiteren Einfluss von weiteren LegierungsbestandteilenLegierungsbestandteilen

DauerfestigkeitseigenschaftenKorrosionsbeständigkeitKerbschlagwerte(Durch-) HärtbarkeitWarmfestigkeitVerschleissfestigkeitZerspanbarkeitElastizität (Federstähle)

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AnlasskurveAnlasskurve

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StahlbezeichnungenStahlbezeichnungen

Werkstoffnummer EN- Bezeichnung Werksbezeichnung /

Handelsnamen

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Analog mit „2“ für Schwermetalllegierungen (ausser Eisen)und „3“ für Leichtmetalle. Auch immer gefolgt von einervierstelligen Nummer

Beginnt bei Stahl immer mit einer „1“, gefolgt von einer vierstelligen

Nummer. Die beiden ersten Zahlen Bezeichnen die Stahlsorte.

WerkstoffnummerWerkstoffnummer

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EN- BezeichnungEN- Bezeichnung

S = Stahl (Structural Steel)355 = Streckgrenze (355 N/mm2)J2 = Gütegruppe (beruhigt vergossen, Spurenelemente etc.)N = Normalisiert

Zum Beispiel S355J2+N

Frühere DIN – Bezeichnung: St 52-3 N

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Werksbezeichnung / Werksbezeichnung / HandelsnamenHandelsnamen

Sind oft irreführend; zum Teil verschiedene Bezeichnungen für dieselbe Legierung oder auch umgekehrt.

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Warmbehandlungen in der Warmbehandlungen in der IndustrieschmiedeIndustrieschmiedeWeichglühenNormalglühenBG- GlühenVergüten

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WeichglühenWeichglühen

Erreichen der tiefstmöglichen Festigkeit.

Erhitzen auf ca. 650 bis 750°C mit nachfolgendem langsamen Abkühlen (maximal 50°C/h oder langsamer)

Lamellarer Zementit geht dabei in körniger Zementit über.

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NormalglühenNormalglühen

Erreichen eines gleichmässig, feinkörnigen Gefüges mithilfe der Alpha-Gamma-Alpha-Umwandlung

Optimales Ausgangsgefüge fürnachträgliches Vergüten

Aufheizen auf 850 bis 900°C mit anschliessendermässiger Abkühlgeschwindigkeit(zum Beispiel Luftkonvektion).

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BG- GlühenBG- Glühen

Zum Erreichen eines optimalen Gefüges für zum Beispiel die Bearbeitung (Spanbrechung). Frühere Bezeichnung: Bearbeitungsglühen

Geregelte Abkühlung von 900-1000°C

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VergütenVergüten

Gezieltes Erreichen vongewünschten Festigkeitseigenschaften

Vergüten ist ein Härten mit nachfolgendem Anlassen

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Temperaturrampe für VergütenTemperaturrampe für Vergüten

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Vorgehen beim VergütenVorgehen beim Vergüten

Aufheizen auf die erforderliche Härtetemperatur (850-900°C

Rasches Abkühlen mittelst Luft, Öl oder Wasser (Je nach Legierung) Anspringhärte (Martensitbildung)

Nachfolgendes Wiederwärmen auf 250 bis 650°C (Je nach Legierung) für die Reduktion der Anspringhärte Gebrauchshärte (Teilweises Auflösen von Martensit)

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Was passiert beim Vergüten?Was passiert beim Vergüten?

Einfrieren des heissen Gefüges

Spannungen Härte

Teilweise Entspannung durch Anlassen

Gezielte Härte

Typisches, feinkörniges Vergütungsgefüge

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Fehlerhaftes VergütungsgefügeFehlerhaftes Vergütungsgefüge

Fehler: Grosser Ferritanteil

Zu geringe Austenitisierung infolge zu kurzer Haltezeit oder zu geringer Abschrecktemperatur

Zu langsame Abschreckung

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Die AnlasskurveDie Anlasskurve

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Auf was muss bei Auf was muss bei Warmbehandlungen geachtet Warmbehandlungen geachtet werden?werden? Rissbildung durch Spannungen Überhitzung Verzunderung Randentkohlung Dellen beim Handling (Härten) Brandgefahr (Abschrecken im Öl) Verbrennungen an Händen und Körper

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Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitAufmerksamkeit