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2022

Häufige Mängel und vorbeugende Maßnahmen bei wärmebehandelten Werkstücken

Während der Wärmebehandlung des Werkstücks können aufgrund unsachgemäßer Prozessmaßnahmen oder anderer Faktoren verschiedene Defekte auftreten, deren Vorhandensein die Eigenschaften des Werkstücks direkt beeinträchtigt.

1. Risse: Wärmebehandlungsrisse umfassen hauptsächlich Härte-, Anlass- und Schleifrisse. Beim Erhitzen großer Stahlteile und Legierungsrohlinge kann eine zu schnelle Abkühlgeschwindigkeit zu Rissen führen, die sich im schlimmsten Fall im Querschnitt ausbreiten. Ein gerissenes Werkstück ist irreparabel und kann nur noch nachbearbeitet werden. Daher ist bei der Wärmebehandlung eine möglichst gleichmäßige und korrekte Erwärmung, die Wahl eines geeigneten Kühlmediums und -verfahrens sowie die korrekte Eintauchmethode und -richtung des Werkstücks im Härtemedium entscheidend.

2. Überhitzung und Überhitzung: Überhitzung bezeichnet das Phänomen, dass die Kristallkörner aufgrund zu hoher Erhitzungstemperatur oder zu langer Haltezeit deutlich vergröbern. Dies führt nach dem Abschrecken zu grobem Nadelmartensit, was eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Kerbschlagzähigkeit, und eine Zunahme der Sprödigkeit zur Folge hat, wodurch die Dauerfestigkeit sinkt. Nicht stark überhitzte Werkstücke aus Baustahl und legiertem Baustahl sollten nach dem Normalisieren oder Glühen in der Regel erneut erwärmt und abgeschreckt werden. Hochkohlenstoffstahl, legierter Stahl und Werkzeugstahl sollten geglüht, mehrmals normalisiert und anschließend gemäß dem korrekten Abschreckverfahren erneut abgeschreckt werden.

3. Überhitzung: Hierbei ist die Temperatur des Werkstücks während des Erhitzungsprozesses zu hoch oder die Haltezeit zu lang. Sauerstoff und andere oxidierende Gase im Ofen dringen in die Zwischenräume der Metallkörner ein und verbinden sich mit Eisen, Schwefel und Kohlenstoff. Durch Oxidation bildet sich ein Eutektikum aus schmelzbaren Oxiden, das die Verbindung zwischen den Körnern zerstört und die Plastizität des Materials verringert. Im Extremfall kann es zu einem Bruch kommen, und das Werkstück ist nach kurzer Zeit nicht mehr zu retten.

4. Oxidation und Entkohlung: Bei hohen Temperaturen oxidiert der Kohlenstoff an der Oberfläche des Metallwerkstücks, wodurch dessen Kohlenstoffgehalt sinkt. Die Tiefe der Entkohlungsschicht hängt von der Stahlzusammensetzung, der Zusammensetzung des Ofengases, der Temperatur und der Haltezeit bei dieser Temperatur ab. Wird hochkohlenstoffhaltiger Stahl oder Stahl mit hohem Siliziumgehalt in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt, kommt es leicht zur Entkohlung. Diese führt zu einer Verringerung der Festigkeit und Dauerfestigkeit des Werkstücks. Maßnahmen zur Verhinderung von Oxidation und zur Reduzierung der Entkohlung umfassen: Beschichtung der Werkstückoberfläche, Versiegelung und Erhitzung mit Edelstahlfolie, Erhitzung im Salzbadofen, Erhitzung unter Schutzgasatmosphäre (z. B. gereinigtes Inertgas, Kontrolle des Kohlenstoffpotenzials im Ofen), Flammenofen (zur Reduzierung des Ofengases) und weitere Maßnahmen.

5. Aufkohlung: Im Allgemeinen neigen Feingussteile zu Aufkohlungsfehlern. Das heißt, Aufkohlung tritt häufig an der Oberfläche oder Teilen der Oberfläche von Werkstücken auf, die in Ölöfen erhitzt werden. Dies ist auf die unzureichende Vermischung von Öl und Luft zurückzuführen. Durch unvollständige Verbrennung verschlechtert sich die Bearbeitbarkeit des Schmiedeteils, sobald Aufkohlung auftritt.

Zur Vermeidung von Kohlenstoffanstieg sind folgende Maßnahmen zu beachten: 1. Bei der Konstruktion der Gießform und des Gießprozesses ist es notwendig, die Vergasung des Formmaterials zu beschleunigen, die Kontakt- und Reaktionszeiten der flüssigen und festen Phase in ihren Zersetzungsprodukten zu reduzieren und zu staffeln sowie die Kohlenstoffaufnahme der Stahlteile zu reduzieren oder zu vermeiden. 2. Die Kontrolle des Unterdrucks muss mit der Geschwindigkeit des gesamten Gießprozesses abgestimmt sein. Ist der Unterdruck zu hoch, treten leicht Sandanhaftungen und andere Defekte auf. Ist er zu niedrig, werden die Pyrolyseprodukte nicht ausreichend abgeführt, was zu einem Anstieg des Kohlenstoffgehalts führt. 3. Der Beschichtung sollten Antikarbonisierungskatalysatoren wie Alkalimetallsalze und Kalksteinpulver zugesetzt werden. Nach dem Gießen kann die Beschichtung ausreichend Kohlendioxid freisetzen, um Kohlenstoff zu absorbieren. Inertgas verhindert, dass der zersetzte Kohlenstoff reduziert wird oder in das Stahlgussteil eindringt.

6. Kupferversprödung: Kupferversprödung tritt im Allgemeinen beim Erhitzen von Schmiedeteilen auf. Eine Ursache sind Kupferreste oder Kupferoxidspäne im Ofen, die bei hohen Temperaturen in die Austenitkorngrenzen eindringen. Eine andere Ursache ist hochkupferhaltiger Stahl, der bei hohen Temperaturen geschmiedet wird. Dabei reichert sich Kupfer an den Korngrenzen an und führt zu Kupferversprödung, wodurch die Verbindung zwischen den Körnern geschwächt wird.

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