Verstehen der Anwendungen des Abschreckens, Anlassens, Normalisierens und Glühens

1. Abschrecken

1. Was ist Abschrecken?
Das Abschrecken ist ein Wärmebehandlungsverfahren für Stahl. Dabei wird der Stahl auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur Ac3 (für übereutektoiden Stahl) bzw. Ac1 (für übereutektoiden Stahl) erhitzt. Anschließend wird es eine Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten, um den Stahl vollständig oder teilweise auszutenitisieren, und dann schnell auf unter Ms abgekühlt (oder isotherm in der Nähe von Ms gehalten) mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt, um ihn in Martensit umzuwandeln ( oder Bainit). Das Abschrecken wird auch zur Behandlung fester Lösungen und zum schnellen Abkühlen von Materialien wie Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Titanlegierungen und gehärtetem Glas verwendet.

2. Der Zweck des Abschreckens:

1) Verbessern Sie die mechanischen Eigenschaften von Metallprodukten oder -teilen. Es erhöht beispielsweise die Härte und Verschleißfestigkeit von Werkzeugen, Lagern usw., erhöht die Elastizitätsgrenze von Federn, verbessert die gesamten mechanischen Eigenschaften von Wellenteilen usw.

2) Um die Material- oder chemischen Eigenschaften bestimmter Stahlsorten zu verbessern, z. B. die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl zu verbessern oder den Permanentmagnetismus von Magnetstahl zu erhöhen, ist es wichtig, die Abschreckmedien sorgfältig auszuwählen und während des Abschreckens die richtige Abschreckmethode zu verwenden Abschreck- und Kühlprozess. Zu den häufig verwendeten Abschreckmethoden gehören das Abschrecken mit einer Flüssigkeit, das Abschrecken mit zwei Flüssigkeiten, das abgestufte Abschrecken, das isotherme Abschrecken und das lokale Abschrecken. Jede Methode hat ihre spezifischen Anwendungen und Vorteile.

3. Stahlwerkstücke weisen nach dem Abschrecken folgende Eigenschaften auf:

- Instabile Strukturen wie Martensit, Bainit und Restaustenit sind vorhanden.
- Es besteht eine hohe innere Belastung.
- Die mechanischen Eigenschaften entsprechen nicht den Anforderungen. Daher werden Stahlwerkstücke nach dem Abschrecken üblicherweise einem Anlassen unterzogen.

2. Temperieren

1. Was ist Temperieren?

Beim Anlassen handelt es sich um einen Wärmebehandlungsprozess, bei dem abgeschreckte Metallmaterialien oder Teile auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, die Temperatur über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann auf eine bestimmte Weise abgekühlt werden. Das Anlassen erfolgt unmittelbar nach dem Abschrecken und ist typischerweise der letzte Schritt der Wärmebehandlung des Werkstücks. Der kombinierte Prozess des Abschreckens und Anlassens wird als Endbehandlung bezeichnet.

2. Die Hauptzwecke des Abschreckens und Anlassens sind:
- Anlassen ist wichtig, um innere Spannungen und Sprödigkeit in abgeschreckten Teilen zu reduzieren. Wenn diese Teile nicht rechtzeitig angelassen werden, können sie sich aufgrund der hohen Spannung und Sprödigkeit, die durch das Abschrecken verursacht werden, verformen oder reißen.
- Durch Tempern können auch die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks wie Härte, Festigkeit, Plastizität und Zähigkeit angepasst werden, um unterschiedlichen Leistungsanforderungen gerecht zu werden.
- Darüber hinaus trägt das Tempern dazu bei, die Größe des Werkstücks zu stabilisieren, indem es sicherstellt, dass es bei der späteren Verwendung nicht zu Verformungen kommt, da es die metallografische Struktur stabilisiert.
- Durch Anlassen kann auch die Schneidleistung bestimmter legierter Stähle verbessert werden.

3. Die Rolle des Temperierens ist:
Um sicherzustellen, dass das Werkstück stabil bleibt und während des Gebrauchs keine strukturellen Veränderungen erfährt, ist es wichtig, die Stabilität der Struktur zu verbessern. Dabei werden innere Spannungen eliminiert, was wiederum dazu beiträgt, die geometrischen Abmessungen zu stabilisieren und die Leistung des Werkstücks zu verbessern. Darüber hinaus kann das Anlassen dazu beitragen, die mechanischen Eigenschaften von Stahl an spezifische Anwendungsanforderungen anzupassen.

Das Anlassen hat diese Effekte, da bei steigender Temperatur die atomare Aktivität zunimmt, wodurch die Atome von Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen im Stahl schneller diffundieren können. Dies ermöglicht die Neuanordnung von Atomen und wandelt die instabile, unausgeglichene Struktur in eine stabile, ausgeglichene Struktur um.

Beim Vergüten von Stahl nehmen Härte und Festigkeit ab, während die Plastizität zunimmt. Das Ausmaß dieser Veränderungen der mechanischen Eigenschaften hängt von der Anlasstemperatur ab, wobei höhere Temperaturen zu größeren Veränderungen führen. Bei einigen legierten Stählen mit einem hohen Gehalt an Legierungselementen kann das Anlassen in einem bestimmten Temperaturbereich zur Ausscheidung feiner Metallverbindungen führen. Dadurch erhöhen sich Festigkeit und Härte, ein Phänomen, das als Sekundärhärtung bezeichnet wird.

Temperieranforderungen: Unterschiedlichbearbeitete Teileerfordern eine Temperierung bei unterschiedlichen Temperaturen, um spezifische Nutzungsanforderungen zu erfüllen. Hier sind die empfohlenen Anlasstemperaturen für verschiedene Arten von Werkstücken:
1. Schneidwerkzeuge, Lager, aufgekohlte und vergütete Teile sowie oberflächenvergütete Teile werden normalerweise bei niedrigen Temperaturen unter 250 °C angelassen. Dieser Prozess führt zu einer minimalen Änderung der Härte, einer geringeren inneren Spannung und einer leichten Verbesserung der Zähigkeit.
2. Federn werden bei mittleren Temperaturen zwischen 350 und 500 °C angelassen, um eine höhere Elastizität und die erforderliche Zähigkeit zu erreichen.
3. Teile aus Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt werden typischerweise bei hohen Temperaturen von 500–600 °C angelassen, um eine optimale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen.

Wenn Stahl bei etwa 300 °C angelassen wird, kann er spröder werden, ein Phänomen, das als erste Art der Anlasssprödigkeit bekannt ist. Generell sollte in diesem Temperaturbereich nicht getempert werden. Einige Baustähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt neigen auch zur Sprödigkeit, wenn sie nach dem Anlassen bei hoher Temperatur langsam auf Raumtemperatur abgekühlt werden, was als zweite Art der Anlasssprödigkeit bekannt ist. Durch die Zugabe von Molybdän zu Stahl oder das Abkühlen in Öl oder Wasser während des Anlassens kann die zweite Art der Anlasssprödigkeit verhindert werden. Durch erneutes Erhitzen der zweiten Art von angelassenem, sprödem Stahl auf die ursprüngliche Anlasstemperatur kann diese Sprödigkeit beseitigt werden.

In der Produktion richtet sich die Wahl der Anlasstemperatur nach den Leistungsanforderungen des Werkstücks. Das Anlassen wird anhand der unterschiedlichen Erwärmungstemperaturen in Niedertemperatur-Härten, Mitteltemperatur-Härten und Hochtemperatur-Härten eingeteilt. Der Wärmebehandlungsprozess, der ein Abschrecken und anschließendes Anlassen bei hoher Temperatur umfasst, wird als Anlassen bezeichnet und führt zu hoher Festigkeit, guter Plastizität und Zähigkeit.

- Niedertemperatur-Anlassen: 150–250 °C, M-Anlassen. Dieser Prozess reduziert innere Spannungen und Sprödigkeit, verbessert die Plastizität und Zähigkeit und führt zu einer höheren Härte und Verschleißfestigkeit. Typischerweise wird es zur Herstellung von Messwerkzeugen, Schneidwerkzeugen, Wälzlagern usw. verwendet.
- Tempern bei mittlerer Temperatur: 350–500 °C, T-Tempern. Durch diesen Vergütungsprozess werden eine höhere Elastizität, eine gewisse Plastizität und Härte erreicht. Es wird häufig zur Herstellung von Federn, Schmiedegesenken usw. verwendet.
- Hochtemperatur-Anlassen: 500–650 °C, S-Anlassen. Dieses Verfahren führt zu guten umfassenden mechanischen Eigenschaften und wird häufig zur Herstellung von Zahnrädern, Kurbelwellen usw. verwendet.

3. Normalisierung

1. Was ist Normalisierung?

DerCNC-ProzessBeim Normalisieren handelt es sich um eine Wärmebehandlung zur Erhöhung der Zähigkeit von Stahl. Das Stahlbauteil wird auf eine Temperatur zwischen 30 und 50 °C über der Ac3-Temperatur erhitzt, eine Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten und dann außerhalb des Ofens an der Luft abgekühlt. Beim Normalisieren erfolgt eine schnellere Abkühlung als beim Glühen, aber eine langsamere Abkühlung als beim Abschrecken. Dieser Prozess führt zu verfeinerten Kristallkörnern im Stahl, was die Festigkeit und Zähigkeit (wie durch den AKV-Wert angegeben) verbessert und die Rissneigung des Bauteils verringert. Durch Normalisieren können die umfassenden mechanischen Eigenschaften von niedriglegierten warmgewalzten Stahlplatten, Schmiedestücken aus niedriglegiertem Stahl und Gussteilen erheblich verbessert sowie die Schneidleistung verbessert werden.

2. Die Normalisierung hat folgende Zwecke und Verwendungszwecke:

1. Übereutektoider Stahl: Durch Normalisieren werden überhitzte grobkörnige und Widmanstätten-Strukturen in Guss-, Schmiede- und Schweißteilen sowie Bandstrukturen in gewalzten Materialien beseitigt. Es verfeinert die Körner und kann als Vorwärmebehandlung vor dem Abschrecken verwendet werden.

2. Übereutektoider Stahl: Durch das Normalisieren kann Netzwerksekundärzementit eliminiert und Perlit verfeinert werden, was die mechanischen Eigenschaften verbessert und das anschließende sphäroidisierende Glühen erleichtert.

3. Tiefgezogene dünne Stahlplatten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt: Durch Normalisieren kann freier Zementit an der Korngrenze entfernt werden, wodurch die Tiefziehleistung verbessert wird.

4. Kohlenstoffarmer Stahl und niedriglegierter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt: Durch Normalisieren können feinere, schuppige Perlitstrukturen erhalten werden, die Härte auf HB140-190 erhöht, das Phänomen des „Klebens des Messers“ beim Schneiden vermieden und die Bearbeitbarkeit verbessert werden. In Situationen, in denen sowohl Normalisieren als auch Glühen für Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt verwendet werden kann, ist Normalisieren wirtschaftlicher und bequemer.

5. Gewöhnlicher Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt: Normalisieren kann anstelle von Abschrecken und Hochtemperaturanlassen verwendet werden, wenn keine hohen mechanischen Eigenschaften erforderlich sind, was den Prozess vereinfacht und eine stabile Stahlstruktur und -größe gewährleistet.

6. Hochtemperatur-Normalisierung (150–200 °C über Ac3): Reduziert die Komponentensegregation von Guss- und Schmiedeteilen aufgrund der hohen Diffusionsrate bei hohen Temperaturen. Grobe Körner können durch anschließendes zweites Normalisieren bei niedrigerer Temperatur verfeinert werden.

7. Legierte Stähle mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt, die in Dampfturbinen und Kesseln verwendet werden: Durch Normalisieren wird eine Bainitstruktur erhalten, gefolgt von Hochtemperaturanlassen für eine gute Kriechfestigkeit bei 400–550 °C.

8. Neben Stahlteilen und Stahlwerkstoffen wird das Normalisieren auch häufig bei der Wärmebehandlung von Sphäroguss eingesetzt, um eine Perlitmatrix zu erhalten und die Festigkeit von Sphäroguss zu verbessern. Zu den Merkmalen des Normalisierens gehört die Luftkühlung, sodass Umgebungstemperatur, Stapelmethode, Luftstrom und Werkstückgröße alle einen Einfluss auf die Struktur und Leistung nach dem Normalisieren haben. Die Normalisierungsstruktur kann auch als Klassifizierungsmethode für legierten Stahl verwendet werden. Typischerweise wird legierter Stahl in Perlitstahl, Bainitstahl, Martensitstahl und Austenitstahl eingeteilt, abhängig von der Struktur, die durch Luftkühlung nach dem Erhitzen einer Probe mit einem Durchmesser von 25 mm auf 900 °C erhalten wird.

4. Glühen

1. Was ist Glühen?
Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren für Metall. Dabei wird das Metall langsam auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten und dann mit einer angemessenen Geschwindigkeit abgekühlt. Das Glühen kann in vollständiges Glühen, unvollständiges Glühen und Spannungsarmglühen eingeteilt werden. Die mechanischen Eigenschaften geglühter Materialien können durch Zugversuche oder Härtetests beurteilt werden. Viele Stähle werden im geglühten Zustand geliefert. Die Stahlhärte kann mit einem Rockwell-Härteprüfer beurteilt werden, der die HRB-Härte misst. Bei dünneren Stahlplatten, Stahlbändern und dünnwandigen Stahlrohren kann ein Oberflächen-Rockwell-Härteprüfer zur Messung der HRT-Härte verwendet werden.

2. Der Zweck des Glühens ist:
- Verbessern oder beseitigen Sie verschiedene strukturelle Mängel und Eigenspannungen, die durch Stahl beim Gießen, Schmieden, Walzen und Schweißen verursacht werden, um Verformungen und Risse zu verhindernDruckgussteile.
- Erweichen Sie das Werkstück zum Schneiden.
- Verfeinern Sie die Körner und verbessern Sie die Struktur, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu verbessern.
- Bereiten Sie die Struktur für die abschließende Wärmebehandlung (Abschrecken und Anlassen) vor.

3. Gängige Glühverfahren sind:
① Vollständiges Glühen.
Um die mechanischen Eigenschaften von Stahl mit mittlerem und niedrigem Kohlenstoffgehalt nach dem Gießen, Schmieden und Schweißen zu verbessern, ist es notwendig, die grobe überhitzte Struktur zu verfeinern. Bei diesem Prozess wird das Werkstück auf eine Temperatur erhitzt, die 30–50 °C über dem Punkt liegt, an dem das gesamte Ferrit in Austenit umgewandelt wird. Diese Temperatur wird über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten und das Werkstück anschließend in einem Ofen allmählich abgekühlt. Beim Abkühlen des Werkstücks wandelt sich der Austenit erneut um, was zu einem feineren Stahlgefüge führt.

② Sphäroidisierendes Glühen.
Um die hohe Härte von Werkzeugstahl und Lagerstahl nach dem Schmieden zu verringern, müssen Sie das Werkstück auf eine Temperatur erhitzen, die 20–40 °C über dem Punkt liegt, an dem der Stahl beginnt, Austenit zu bilden, es warm halten und dann langsam abkühlen. Beim Abkühlen des Werkstücks nimmt der lamellare Zementit im Perlit eine Kugelform an, wodurch die Härte des Stahls abnimmt.

③ Isothermes Glühen.
Dieses Verfahren wird verwendet, um die hohe Härte bestimmter legierter Baustähle mit hohem Nickel- und Chromgehalt für die spanende Bearbeitung zu reduzieren. Typischerweise wird der Stahl schnell auf die instabilste Austenittemperatur abgekühlt und dann für einen bestimmten Zeitraum auf einer warmen Temperatur gehalten. Dadurch wandelt sich der Austenit in Troostit oder Sorbit um, was zu einer Verringerung der Härte führt.

④ Rekristallisationsglühen.
Das Verfahren dient dazu, die beim Kaltziehen und Kaltwalzen auftretende Verhärtung von Metalldrähten und dünnen Blechen zu reduzieren. Das Metall wird auf eine Temperatur erhitzt, die im Allgemeinen 50–150 °C unter dem Punkt liegt, an dem Stahl beginnt, Austenit zu bilden. Dadurch können Kaltverfestigungseffekte vermieden und das Metall weicher gemacht werden.

⑤ Graphitisierungsglühen.
Um Gusseisen mit einem hohen Zementitgehalt in schmiedbares Gusseisen mit guter Plastizität umzuwandeln, wird das Gussstück auf etwa 950 °C erhitzt, diese Temperatur für einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann entsprechend abgekühlt, um den Zementit aufzubrechen erzeugen flockigen Graphit.

⑥ Diffusionsglühen.
Das Verfahren wird verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Legierungsgussteilen auszugleichen und deren Leistung zu verbessern. Bei dieser Methode wird das Gussstück auf die höchstmögliche Temperatur erhitzt, ohne zu schmelzen, diese Temperatur über einen längeren Zeitraum gehalten und dann langsam abgekühlt. Dadurch können die verschiedenen Elemente in der Legierung diffundieren und gleichmäßig verteilt werden.

⑦ Spannungsarmglühen.
Dieses Verfahren wird verwendet, um die inneren Spannungen in Stahlgussteilen und Schweißteilen zu reduzieren. Bei Stahlprodukten, die nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von 100–200 °C darunter beginnen, Austenit zu bilden, sollten sie warm gehalten und dann an der Luft abgekühlt werden, um die inneren Spannungen zu beseitigen.

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