Die Wärmebehandlung ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Verarbeitung von Metallwerkstoffen.Eine Wärmebehandlung kann die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Metallwerkstoffen verändern und deren Härte, Festigkeit, Zähigkeit und andere Eigenschaften verbessern.
Um sicherzustellen, dass die Struktur des Produktdesigns sicher, zuverlässig, wirtschaftlich und effizient ist, müssen Bauingenieure im Allgemeinen die mechanischen Eigenschaften von Materialien verstehen, geeignete Wärmebehandlungsprozesse basierend auf Designanforderungen und Materialeigenschaften auswählen und deren Leistung verbessern Lebensdauer.Im Folgenden finden Sie 13 Wärmebehandlungsprozesse im Zusammenhang mit Metallwerkstoffen, die für alle hilfreich sein sollen.
1. Glühen
Ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem Metallmaterialien auf eine geeignete Temperatur erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann langsam abgekühlt werden.Der Zweck des Glühens besteht hauptsächlich darin, die Härte von Metallmaterialien zu verringern, die Plastizität zu verbessern, das Schneiden oder die Druckbearbeitung zu erleichtern, Restspannungen zu reduzieren, die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur und Zusammensetzung zu verbessern oder die Mikrostruktur für die anschließende Wärmebehandlung vorzubereiten.Zu den üblichen Glühverfahren gehören das Rekristallisationsglühen, das vollständige Glühen, das Sphäroidisierungsglühen und das Spannungsarmglühen.
Vollständiges Glühen: Korngröße verfeinern, einheitliches Gefüge, Härte reduzieren, innere Spannungen vollständig eliminieren.Das vollständige Glühen eignet sich für Schmiede- oder Stahlgussteile mit einem Kohlenstoffgehalt (Massenanteil) unter 0,8 %.
Sphäroidisierendes Glühen: Reduziert die Härte des Stahls, verbessert die Schneidleistung und bereitet auf zukünftiges Abschrecken vor, um Verformungen und Risse nach dem Abschrecken zu reduzieren.Das Sphäroidglühen eignet sich für Kohlenstoffstahl und legierten Werkzeugstahl mit einem Kohlenstoffgehalt (Massenanteil) von mehr als 0,8 %.
Spannungsarmglühen: Es beseitigt die inneren Spannungen, die beim Schweißen und Kaltrichten von Stahlteilen entstehen, beseitigt die inneren Spannungen, die bei der Präzisionsbearbeitung von Teilen entstehen, und verhindert Verformungen bei der anschließenden Verarbeitung und Verwendung.Spannungsarmglühen eignet sich für verschiedene Gussteile, Schmiedeteile, geschweißte Teile und kaltfließgepresste Teile.
Es bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stahl oder Stahlkomponenten auf eine Temperatur von 30–50 °C über Ac3 oder Acm (der oberen kritischen Punkttemperatur von Stahl) erhitzt, über einen angemessenen Zeitraum gehalten und an ruhender Luft abgekühlt werden.Der Zweck des Normalisierens besteht hauptsächlich darin, die mechanischen Eigenschaften von kohlenstoffarmem Stahl zu verbessern, die Bearbeitbarkeit zu verbessern, die Korngröße zu verfeinern, Strukturfehler zu beseitigen und die Struktur für die anschließende Wärmebehandlung vorzubereiten.
3. Abschrecken
Es bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess, bei dem ein Stahlbauteil auf eine Temperatur über Ac3 oder Ac1 (der unteren kritischen Punkttemperatur des Stahls) erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann bei einer bestimmten Temperatur eine Martensit- (oder Bainit-)Struktur erhalten wird entsprechende Abkühlgeschwindigkeit.Der Zweck des Abschreckens besteht darin, das erforderliche martensitische Gefüge für Stahlteile zu erhalten, die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Werkstücks zu verbessern und das Gefüge für die anschließende Wärmebehandlung vorzubereiten.
Zu den üblichen Abschreckverfahren gehören Salzbadabschrecken, martensitisches Abschrecken, isothermes Bainit-Abschrecken, Oberflächenabschrecken und lokales Abschrecken.
Einzelflüssigkeitsabschreckung: Die Einzelflüssigkeitsabschreckung ist nur auf Teile aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl mit relativ einfachen Formen und geringen technischen Anforderungen anwendbar.Beim Abschrecken sollte für Kohlenstoffstahlteile mit einem Durchmesser oder einer Dicke von mehr als 5–8 mm Salzwasser oder Wasserkühlung verwendet werden;Teile aus legiertem Stahl werden mit Öl gekühlt.
Doppelte Flüssigkeitsabschreckung: Erhitzen Sie die Stahlteile auf die Abschrecktemperatur, kühlen Sie sie nach der Isolierung schnell in Wasser auf 300–400 °C ab und geben Sie sie dann zum Abkühlen in Öl.
Abschrecken der Flammenoberfläche: Das Abschrecken der Flammenoberfläche eignet sich für große Teile aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und legiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, wie Kurbelwellen, Zahnräder und Führungsschienen, die harte und verschleißfeste Oberflächen erfordern und Stoßbelastungen in der Einzel- oder Kleinserienproduktion standhalten können .
Oberflächeninduktionshärtung: Teile, die einer Oberflächeninduktionshärtung unterzogen wurden, weisen eine harte und verschleißfeste Oberfläche auf und behalten gleichzeitig eine gute Festigkeit und Zähigkeit im Kern bei.Die Oberflächeninduktionshärtung eignet sich für Teile aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und legierten Stahlteilen mit mäßigem Kohlenstoffgehalt.
4. Temperieren
Es bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stahlteile abgeschreckt und dann auf eine Temperatur unter Ac1 erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden.Der Zweck des Anlassens besteht hauptsächlich darin, die beim Abschrecken von Stahlteilen erzeugten Spannungen zu beseitigen, damit die Stahlteile eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie die erforderliche Plastizität und Zähigkeit aufweisen.Zu den üblichen Anlassverfahren gehören das Anlassen bei niedriger Temperatur, das Anlassen bei mittlerer Temperatur, das Anlassen bei hoher Temperatur usw.
Anlassen bei niedriger Temperatur: Das Anlassen bei niedriger Temperatur beseitigt innere Spannungen, die durch das Abschrecken in Stahlteilen entstehen, und wird häufig für Schneidwerkzeuge, Messwerkzeuge, Formen, Wälzlager und aufgekohlte Teile verwendet.
Anlassen bei mittlerer Temperatur: Durch Anlassen bei mittlerer Temperatur können Stahlteile eine hohe Elastizität, bestimmte Zähigkeit und Härte erreichen und werden im Allgemeinen für verschiedene Arten von Federn, Heißprägewerkzeugen und anderen Teilen verwendet.
Hochtemperatur-Anlassen: Durch das Hochtemperatur-Anlassen können Stahlteile gute umfassende mechanische Eigenschaften erreichen, nämlich hohe Festigkeit, Zähigkeit und ausreichende Härte, wodurch durch das Abschrecken verursachte innere Spannungen beseitigt werden.Es wird hauptsächlich für wichtige Strukturteile verwendet, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie z. B. Spindeln, Kurbelwellen, Nocken, Zahnräder und Pleuelstangen.
5. Abschrecken und Anlassen
Bezieht sich auf den Verbundwärmebehandlungsprozess des Abschreckens und Anlassens von Stahl oder Stahlbauteilen.Der zum Abschrecken und Anlassen verwendete Stahl wird als vergüteter Stahl bezeichnet.Es bezieht sich im Allgemeinen auf Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Baustahl aus Legierungen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.
6. Chemische Wärmebehandlung
Ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem ein Werkstück aus Metall oder einer Legierung zur Isolierung in ein aktives Medium mit einer bestimmten Temperatur gelegt wird, wodurch ein oder mehrere Elemente in die Oberfläche eindringen und seine chemische Zusammensetzung, Struktur und Leistung verändern können.Der Zweck der chemischen Wärmebehandlung besteht hauptsächlich darin, die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Dauerfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Stahlteilen zu verbessern.Zu den gängigen chemischen Wärmebehandlungsverfahren gehören Aufkohlen, Nitrieren, Karbonitrieren usw.
Aufkohlung: Um eine hohe Härte (HRC60-65) und Verschleißfestigkeit an der Oberfläche zu erreichen und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit in der Mitte beizubehalten.Es wird üblicherweise für verschleißfeste und stoßfeste Teile wie Räder, Zahnräder, Wellen, Kolbenbolzen usw. verwendet.
Nitrieren: Verbessert die Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht von Stahlteilen, die häufig in wichtigen Teilen wie Schrauben, Muttern und Stiften verwendet werden.
Karbonitrieren: Verbessert die Härte und Verschleißfestigkeit der Oberflächenschicht von Stahlteilen, eignet sich für Teile aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder Teilen aus legiertem Stahl und kann auch für Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl verwendet werden.
7. Behandlung mit fester Lösung
Es bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess, bei dem eine Legierung auf eine Hochtemperatur-Einphasenzone erhitzt und eine konstante Temperatur aufrechterhalten wird, wodurch sich die überschüssige Phase vollständig in der festen Lösung auflöst und dann schnell abkühlt, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten.Der Zweck der Lösungsbehandlung besteht hauptsächlich darin, die Plastizität und Zähigkeit von Stahl und Legierungen zu verbessern und die Ausscheidungshärtungsbehandlung vorzubereiten.
8. Ausscheidungshärtung (Ausscheidungsverfestigung)
Ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem ein Metall aufgrund der Segregation gelöster Atome in einer übersättigten festen Lösung und/oder der Dispersion gelöster Partikel in der Matrix härtet.Wenn austenitischer ausgeschiedener Edelstahl nach der Mischkristallbehandlung oder Kaltumformung einer Ausscheidungshärtungsbehandlung bei 400–500 °C oder 700–800 °C unterzogen wird, kann eine hohe Festigkeit erreicht werden.
9. Pünktlichkeit der Behandlung
Es bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess, bei dem Legierungswerkstücke einer Mischkristallbehandlung, einer kalten plastischen Verformung oder einem Guss unterzogen werden und dann geschmiedet, einer höheren Temperatur ausgesetzt oder bei Raumtemperatur gehalten werden, wobei sich ihre Eigenschaften, Form und Größe im Laufe der Zeit ändern.
Wenn der Alterungsbehandlungsprozess angewendet wird, bei dem das Werkstück auf eine höhere Temperatur erhitzt und die Alterungsbehandlung über einen längeren Zeitraum durchgeführt wird, spricht man von einer künstlichen Alterungsbehandlung.Das Alterungsphänomen, das auftritt, wenn das Werkstück über einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur oder unter natürlichen Bedingungen gelagert wird, wird als natürliche Alterungsbehandlung bezeichnet.Der Zweck der Alterungsbehandlung besteht darin, innere Spannungen im Werkstück zu beseitigen, die Struktur und Größe zu stabilisieren und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
10. Härtbarkeit
Bezieht sich auf die Eigenschaften, die die Abschrecktiefe und Härteverteilung von Stahl unter bestimmten Bedingungen bestimmen.Die gute oder schlechte Härtbarkeit von Stahl wird oft durch die Tiefe der gehärteten Schicht ausgedrückt.Je tiefer die Härteschicht ist, desto besser ist die Härtbarkeit des Stahls.Die Härtbarkeit von Stahl hängt hauptsächlich von seiner chemischen Zusammensetzung ab, insbesondere von den Legierungselementen und der Korngröße, die die Härtbarkeit, die Erwärmungstemperatur und die Haltezeit erhöhen.Stahl mit guter Härtbarkeit kann im gesamten Stahlabschnitt gleichmäßige und konsistente mechanische Eigenschaften erreichen, und Abschreckmittel mit geringer Abschreckspannung können ausgewählt werden, um Verformungen und Risse zu reduzieren.
11. Kritischer Durchmesser (kritischer Abschreckdurchmesser)
Der kritische Durchmesser bezieht sich auf den maximalen Durchmesser eines Stahls, wenn nach dem Abschrecken in einem bestimmten Medium in der Mitte die gesamte Martensit- oder 50 %-Martensitstruktur erhalten wird.Der kritische Durchmesser einiger Stähle kann im Allgemeinen durch Härtbarkeitstests in Öl oder Wasser ermittelt werden.
12. Sekundärhärtung
Einige Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (z. B. Schnellarbeitsstahl) erfordern mehrere Anlasszyklen, um ihre Härte weiter zu erhöhen.Dieses als Sekundärhärtung bezeichnete Härtungsphänomen wird durch die Ausscheidung spezieller Karbide und/oder die Umwandlung von Austenit in Martensit oder Bainit verursacht.
13. Anlasssprödigkeit
Bezieht sich auf das Versprödungsphänomen von vergütetem Stahl, der in bestimmten Temperaturbereichen angelassen oder langsam von der Anlasstemperatur über diesen Temperaturbereich abgekühlt wird.Die Anlasssprödigkeit kann in die erste Art der Anlasssprödigkeit und die zweite Art der Anlasssprödigkeit unterteilt werden.
Die erste Art der Anlasssprödigkeit, auch irreversible Anlasssprödigkeit genannt, tritt hauptsächlich bei einer Anlasstemperatur von 250–400 °C auf.Nachdem die Sprödigkeit nach dem erneuten Erhitzen verschwindet, wiederholt sich die Sprödigkeit in diesem Bereich und tritt nicht mehr auf;
Die zweite Art der Anlasssprödigkeit, auch reversible Anlasssprödigkeit genannt, tritt bei Temperaturen zwischen 400 und 650 °C auf.Wenn die Sprödigkeit nach dem erneuten Erhitzen verschwindet, sollte es schnell abgekühlt werden und nicht für längere Zeit im Bereich von 400 bis 650 °C bleiben oder langsam abgekühlt werden, da sonst erneut katalytische Phänomene auftreten.
Das Auftreten von Anlasssprödigkeit hängt mit den im Stahl enthaltenen Legierungselementen wie Mangan, Chrom, Silizium und Nickel zusammen, die dazu neigen, Anlasssprödigkeit zu entwickeln, während Molybdän und Wolfram dazu neigen, die Anlasssprödigkeit zu schwächen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. November 2023