Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie man Stahl unglaublich stark und gleichzeitig flexibel machen kann? In diesem Blogbeitrag erfahren Sie mehr über die faszinierende Welt des Abschreckens, einem wichtigen Wärmebehandlungsverfahren im Maschinenbau. Sie erfahren mehr über verschiedene Abschreckmethoden und ihre einzigartigen Anwendungen und erhalten so ein tieferes Verständnis dafür, wie alltägliche Werkzeuge und Maschinen für optimale Leistung hergestellt werden.
Das Abschrecken ist ein kritischer Wärmebehandlungsprozess, der in der Metallurgie und Werkstoffkunde häufig zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen eingesetzt wird. Im Zusammenhang mit Stahl beinhaltet das Abschrecken einen genau kontrollierten thermischen Zyklus:
Das Hauptziel des Abschreckens von Stählen ist die Bildung von Martensit, einer übersättigten festen Lösung von Kohlenstoff in Eisen mit einer tetragonalen Kristallstruktur (BCT). Dies führt zu einer deutlich höheren Härte und Festigkeit. In einigen Fällen kann das Abschrecken so gestaltet werden, dass Bainit durch isothermische Behandlungen nahe der Martensit-Starttemperatur (Ms) erzeugt wird.
Es ist wichtig zu wissen, dass das Abschrecken nicht auf Eisenlegierungen beschränkt ist. Der Begriff umfasst auch Wärmebehandlungsverfahren für andere Werkstoffe:
Die spezifischen Abschreckparameter, einschließlich Heiztemperatur, Haltezeit, Abkühlgeschwindigkeit und Auswahl des Abschreckmittels, werden sorgfältig auf die Materialzusammensetzung und die gewünschten Endeigenschaften abgestimmt. Bei modernen Abschreckprozessen werden häufig computergesteuerte Systeme und fortschrittliche Abschreckmittel eingesetzt, um die Leistung zu optimieren und den Verzug zu minimieren.
Beim Abschrecken handelt es sich um ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem der Stahl über seine kritische Temperatur erhitzt, eine bestimmte Zeit lang gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt, um ein überwiegend martensitisches, unausgeglichenes Gefüge zu erhalten (obwohl je nach Bedarf auch Bainit oder ein einphasiger Austenit erzielt werden kann).
Das Abschrecken ist die am häufigsten angewandte Methode bei der Wärmebehandlung von Stahl.
Bei der Wärmebehandlung von Stahl gibt es ungefähr vier grundlegende Verfahren: GlühenNormalisieren, Abschrecken und Anlassen.
Glühen
Dabei wird das Werkstück auf eine geeignete Temperatur erwärmt, für eine vom Werkstoff und der Werkstückgröße abhängige Dauer gehalten und dann langsam abgekühlt (langsamste Abkühlgeschwindigkeit). Ziel ist es, das innere Gefüge des Metalls auf oder in die Nähe des Gleichgewichts zu bringen, um eine gute Prozess- und Anwendungsleistung zu erreichen oder das Gefüge für ein weiteres Abschrecken vorzubereiten.
Normalisierung
Nach dem Erhitzen des Werkstücks auf eine geeignete Temperatur wird es an der Luft abgekühlt. Die Wirkung des Normalisierens ist ähnlich wie beim GlühenSie erzeugt jedoch eine feinere Struktur. Sie wird in der Regel zur Verbesserung der Zerspanungsleistung von Werkstoffen eingesetzt und manchmal auch als abschließende Wärmebehandlung für Teile mit weniger hohen Anforderungen verwendet.
Anlassen
Um die Sprödigkeit von Stahlteilen zu verringern, werden die abgeschreckten Teile vor dem Abkühlen über einen längeren Zeitraum auf einer Temperatur gehalten, die über der Raumtemperatur, aber unter 710℃ liegt. Dieser Vorgang wird als Anlassen bezeichnet.
Abschrecken
Hierbei handelt es sich um ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Werkstück zur Austenitisierung erwärmt und anschließend in geeigneter Weise abgekühlt wird, um eine Martensit- oder Bainitstruktur zu erhalten. Zu den gängigen Methoden gehört die Wasserabschreckung, Ölabschreckungund Luftabschreckung.
Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen sind die "vier Feuer" der integralen Wärmebehandlung. Abschrecken und Anlassen sind eng miteinander verwandt, werden oft zusammen verwendet und sind beide unverzichtbar.
Es gibt zehn Methoden für das Abschrecken im Wärmebehandlungsprozess, die da wären:
Bei diesem Verfahren wird das Werkstück auf die Abschrecktemperatur erwärmt und anschließend durch Eintauchen in ein Abschreckmedium schnell abgekühlt. Dies ist das einfachste Abschreckverfahren und wird in der Regel für einfach geformten Kohlenstoffstahl und legierter Stahl Werkstücke. Die Wahl des Abschreckmediums richtet sich nach Faktoren wie dem Wärmeübergangskoeffizienten, der Härtbarkeit, der Größe und der Form der Teile.
Abb. 1 Abschreckung mit einem Medium (Wasser, Öl, Luft)
Bei der Wärmebehandlung wird das auf die Abschrecktemperatur erwärmte Werkstück in einem starken Kühlmedium schnell auf den Punkt nahe dem Martensitbeginn (MS) abgekühlt. Anschließend wird das Werkstück in einem langsameren Kühlmedium langsam auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch eine Reihe unterschiedlicher Abschrecktemperaturen und idealer Abkühlgeschwindigkeiten entsteht.
Diese Methode wird für Werkstücke mit komplizierte Formen oder große Werkstücke aus kohlenstoffreichem Stahl, legiertem Stahl und Kohlenstoff-Werkzeugstahl. Zu den gängigen Kühlmedien gehören Wasser-Öl, Wasser-Nitrat, Wasser-Luft und Öl-Luft. Wasser wird in der Regel als schnelles Kühlmedium verwendet, während Öl oder Luft als langsameres Kühlmedium eingesetzt wird. Luft wird weniger häufig verwendet.
Der Stahl wird austenitisiert und dann für eine bestimmte Zeit in ein flüssiges Medium (Salz- oder Alkalibad) mit einer Temperatur, die etwas höher oder niedriger als der obere Martensitpunkt des Stahls ist, getaucht. Anschließend wird der Stahl an der Luft abgekühlt, und die unterkühlte Austenit wandelt sich langsam in Martensit um.
Diese Methode wird im Allgemeinen für kleine Werkstücke mit komplexen Formen und strengen Verformungsanforderungen verwendet. Auch Werkzeuge und Matrizen aus Schnellarbeitsstahl und hochlegiertem Stahl werden in der Regel nach dieser Methode abgeschreckt.
Das Werkstück wird im Bad schnell abgekühlt, wenn die Badtemperatur unter dem MS-Punkt (Martensit-Startpunkt) und über dem MF-Punkt (Martensit-Endpunkt) liegt. Dies führt zu demselben Ergebnis wie die Verwendung einer größeren Badgröße.
Dieses Verfahren wird üblicherweise für Werkstücke aus Stahl mit niedriger Härtbarkeit und großen Abmessungen verwendet.
Das Werkstück wird zur isothermen Behandlung in ein Bad mit einer niedrigeren Bainit-Temperatur abgeschreckt, was die Bildung von Unterbainit bewirkt. Dieses Verfahren wird in der Regel durchgeführt, indem das Werkstück 30 bis 60 Minuten lang im Bad verbleibt.
Das isotherme Abschrecken des Bainitprozesses besteht aus drei Schritten:
Diese Methode wird üblicherweise für kleine Teile aus legiertem Stahl und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt sowie für duktile Teile verwendet. Eisengussteile.
Martensit mit einem Volumenanteil von 10% bis 30% erhält man durch Abschrecken des Werkstücks unterhalb des MS-Punktes, gefolgt von einer isothermen Behandlung im unteren Bainitbereich.
Diese Methode wird üblicherweise für Werkstücke aus legiertem Werkzeugstahl verwendet.
Dieses Abschreckverfahren wird auch als "Step-up austempering" bezeichnet. Bei diesem Verfahren werden die Teile zunächst in einem Bad mit niedrigerer Temperatur (über MS) abgekühlt und dann in ein Bad mit höherer Temperatur überführt, um eine isotherme Umwandlung von Austenit.
Dieses Verfahren eignet sich für Stahlteile mit geringer Härtbarkeit oder großen Abmessungen sowie für Werkstücke, die austemperiert werden müssen.
Beim vorgekühlten isothermen Abschrecken werden die Teile mit Luft, heißem Wasser oder einem Salzbad auf eine Temperatur knapp über Ar3 oder Ar1 vorgekühlt. Dann wird eine einmediale Abschreckung durchgeführt.
Diese Methode wird häufig für Teile mit komplexen Formen, erheblichen Dickenunterschieden und minimalen Verformungsanforderungen verwendet.
Beim Abschrecken und Selbstanlassen werden alle Werkstücke erwärmt, aber nur die zu härtenden Teile (in der Regel die Arbeitsteile) zum Abkühlen während des Abschreckens in eine Abschreckflüssigkeit getaucht.
Sobald das Glühen der nicht eingetauchten Teile verschwunden ist, wird der Abschreckungsprozess zur Luftkühlung sofort beendet.
Bei dieser Methode wird die Wärme vom Zentrum auf die Oberfläche übertragen, um sie zu härten. Sie wird üblicherweise für Werkzeuge verwendet, die Schlägen standhalten müssen, wie z. B. Meißel, Stanzen, Hämmer usw.
Die Abschreckmethode, bei der Wasser auf das Werkstück gesprüht wird, kann in Bezug auf den Wasserdurchfluss je nach gewünschter Abschrecktiefe angepasst werden. Durch die Strahlabschreckung wird die Bildung eines Dampffilms auf der Oberfläche des Werkstücks vermieden, was zu einer tieferen Härteschicht im Vergleich zur normalen Abschreckung führt. Wasserabschreckung.
Diese Methode wird hauptsächlich für die lokale Oberflächenabschreckung verwendet.
Das Hauptziel des Abschreckens besteht darin, eine Phasenumwandlung im Stahl herbeizuführen, bei der unterkühlter Austenit in Martensit oder Bainit umgewandelt wird. Diese Umwandlung führt zu einem Mikrogefüge, das die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs erheblich verbessert. Das Abschrecken, gefolgt von einem kontrollierten Anlassen bei bestimmten Temperaturen, ermöglicht eine präzise Anpassung der Stahleigenschaften, einschließlich einer erhöhten Härte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Zähigkeit. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es den Herstellern, die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener mechanischer Komponenten und Werkzeuge in verschiedenen Branchen zu erfüllen.
Das Abschrecken ist ein kritischer Wärmebehandlungsprozess, bei dem ein Metallwerkstück auf eine bestimmte Austenitisierungstemperatur erhitzt, für eine bestimmte Zeit gehalten wird, um eine vollständige Phasenumwandlung zu gewährleisten, und dann schnell in einem Abschreckmedium abgekühlt wird. Die Wahl des Abschreckmediums - z. B. Sole, Wasser, Polymerlösungen, Mineralöle oder sogar Druckluft - hängt von der gewünschten Abkühlgeschwindigkeit und der spezifischen Legierungszusammensetzung ab. Jedes Medium bietet unterschiedliche Abkühlungseigenschaften, die es dem Metallurgen ermöglichen, die Entwicklung des Mikrogefüges und die daraus resultierenden Eigenschaften zu steuern.
Durch die rasche Abkühlung beim Abschrecken entsteht ein übersättigter Mischkristall, in dem Kohlenstoffatome im Eisengitter eingeschlossen werden und sich die metastabile Martensitphase bildet. Dieses martensitische Gefüge zeichnet sich durch extrem hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus, kann aber auch spröde sein. Nachfolgende Anlaßverfahren werden häufig eingesetzt, um das Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität zu optimieren und die Materialeigenschaften auf die spezifischen Anwendungsanforderungen abzustimmen.
Neben der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften spielt das Abschrecken eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung spezifischer physikalischer und chemischer Eigenschaften von Spezialstählen. So kann es beispielsweise die ferromagnetischen Eigenschaften von Dauermagnetstählen erheblich verbessern, die Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen erhöhen und die elektrischen Eigenschaften von Siliziumstählen, die in Transformatorenkernen verwendet werden, verändern.
Das Abschrecken ist für Stähle besonders kritisch, da sie allotrop sind und je nach Abkühlungsgeschwindigkeit verschiedene Mikrostrukturen bilden können. Wenn Stahl über seine kritische Temperatur (je nach Zusammensetzung typischerweise im Bereich von 723-912 °C) erhitzt wird, wandelt sich sein Gefüge bei Raumtemperatur in Austenit um. Die anschließende schnelle Abkühlung verhindert die diffusionsabhängige Bildung von Ferrit und Perlit und zwingt stattdessen den kubisch-flächenzentrierten Austenit durch einen diffusionslosen Schermechanismus zur Umwandlung in tetragonal-körperzentrierten Martensit.
Die schnelle Abkühlung, die mit dem Abschrecken einhergeht, führt jedoch zu erheblichen thermischen Spannungen im Werkstück. Diese Spannungen können, wenn sie nicht richtig gehandhabt werden, zu Verformungen, Verwerfungen oder sogar Rissen im Bauteil führen. Um diese Risiken zu mindern, wenden Metallurgen verschiedene Techniken an, wie z. B. das unterbrochene Abschrecken, das selektive Abschrecken oder die Verwendung spezieller Abschreckmittel mit kontrollierten Abkühlungseigenschaften.
Abschreckprozesse lassen sich grob nach der verwendeten Kühlmethode einteilen:
Die Auswahl des geeigneten Abschreckverfahrens und der entsprechenden Parameter ist entscheidend für das Erreichen des gewünschten Gefüges und der gewünschten Eigenschaften bei gleichzeitiger Minimierung des Risikos von Abschreckdefekten. Fortgeschrittene Abschrecktechniken, wie z. B. das Intensivabschrecken oder Tieftemperaturbehandlungen, entwickeln sich ständig weiter und bieten neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Materialleistung bei anspruchsvollen Anwendungen.
Der Abschreckprozess umfasst drei Stufen: Erhitzen, Halten und Abkühlen. Hier werden die Grundsätze für die Auswahl der Prozessparameter für diese drei Stufen am Beispiel des Abschreckens von Stahl vorgestellt.
Abschrecken Heiztemperatur
Ausgehend vom kritischen Punkt der Phasenumwandlung in Stahl zielt die Erwärmung während des Abschreckens auf die Bildung feiner und gleichmäßiger austenitischer Körner ab, so dass nach dem Abschrecken eine feine martensitische Struktur entsteht.
Der Bereich der Abschreckheiztemperatur für Kohlenstoffstahl ist in der Abbildung "Abschreckheiztemperatur" dargestellt. Das in dieser Abbildung dargestellte Prinzip für die Auswahl der Abschrecktemperatur gilt auch für die meisten legierten Stähle, insbesondere für niedrig legierte Stähle. Die Erwärmungstemperatur für untereutektoiden Stahl liegt 30-50℃ über der Ac3-Temperatur.
| Chinesische Note | Kritischer Punkt /℃ | Temperatur der Abschreckung /℃ | |
| Ael | Aes(Acm) | ||
| 20 | 735 | 855 | 890~910 |
| 45 | 724 | 780 | 830~860 |
| 60 | 727 | 760 | 780~830 |
| T8 | 730 | 750 | 760~800 |
| T12 | 730 | 820 | 770~810 |
| 40Cr | 743 | 782 | 830~860 |
| 60Si2Mn | 755 | 810 | 860~880 |
| 9CrSi | 770 | 870 | 850~870 |
| 5CrNiMo | 710 | 760 | 830~860 |
| 3Cr2W8V | 810 | 1100 | 1070~1130 |
| GCr15 | 745 | 900 | 820~850 |
| Cr12MoV | 810 | / | 980~1150 |
| W6Mo5Cr4V2 | 830 | / | 1225~1235 |
Aus der Abbildung "Abschreckungstemperatur" ist ersichtlich, dass sich der Stahl bei hoher Temperatur im einphasigen Austenitbereich (A) befindet, weshalb er als vollständig abgeschreckt bezeichnet wird. Wenn die Erwärmungstemperatur des untereutektoiden Stahls höher als die Ac1- und niedriger als die Ac3-Temperatur ist, dann wird die zuvor bestehende Proeutektoidferrit wird bei hohen Temperaturen nicht vollständig in Austenit umgewandelt, was als unvollständiges (oder unterkritisches) Abschrecken bezeichnet wird. Die Abschrecktemperatur von übereutektoidem Stahl liegt 30-50℃ über der Ac1-Temperatur; dieser Temperaturbereich liegt im Zweiphasenbereich von Austenit und Zementit (A+C).
Daher ist das normale Abschrecken von übereutektoidem Stahl immer noch ein unvollständiges Abschrecken, und das nach dem Abschrecken erhaltene Gefüge ist Martensit, der auf der Zementitmatrix verteilt ist. Dieses Gefüge hat eine hohe Härte und eine hohe Verschleißfestigkeit. Bei übereutektoidem Stahl löst sich bei einer zu hohen Erhitzungstemperatur zu viel des proeutektoiden Zementits auf oder löst sich sogar vollständig auf, woraufhin die Austenitkörner wachsen und die Kohlenstoffgehalt von Austenit ebenfalls zunimmt.
Nach dem Abschrecken erhöht die große Martensitstruktur die Eigenspannung in den Mikrobereichen des abgeschreckten Stahls, erhöht die Anzahl der Mikrorisse und steigert die Neigung des Werkstücks, sich zu verformen und zu reißen. Da die Kohlenstoffkonzentration im Austenit hoch ist, sinkt der Martensitpunkt, die Menge des Restaustenits nimmt zu, und die Härte und Verschleißfestigkeit des Werkstücks nehmen ab. Die Abschrecktemperatur gängiger Stähle ist in der Abbildung "Abschreckheiztemperatur" dargestellt, und die Tabelle zeigt die Heiztemperatur für das Abschrecken gängiger Stähle.
In der Praxis muss die Wahl der Heiztemperatur an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden. Wenn zum Beispiel der Kohlenstoffgehalt im untereutektoiden Stahl an der unteren Grenze liegt, wenn die Ofenbeschickung groß ist und wenn die Tiefe der Abschreckhärtungsschicht des Teils erhöht werden soll, kann die obere Grenztemperatur gewählt werden; wenn die Werkstückform kompliziert ist und die Verformungsanforderungen streng sind, sollte die untere Grenztemperatur gewählt werden.
Quenching Holding
Die Haltezeit für das Abschrecken wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wie z. B. die Heizart der Anlage, die Größe des Werkstücks, die Zusammensetzung des Stahls, die Menge der Ofenbeschickung und die Leistung der Anlage. Bei der Durchhärtung besteht der Zweck des Haltens darin, die Innentemperatur des Werkstücks gleichmäßig zu konvergieren.
Bei allen Arten des Abschreckens hängt die Haltezeit letztlich davon ab, dass eine gute Abschreckheizstruktur im gewünschten Abschreckbereich erreicht wird. Erhitzen und Halten sind wichtige Schritte, die die Qualität des Abschreckens beeinflussen. Der durch die Austenitisierung erreichte Gefügezustand wirkt sich direkt auf die Leistung nach dem Abschrecken aus. Die Austenitkorngröße von allgemeinen Stahlteilen wird auf 5-8 Stufen kontrolliert.
| Stahlsorte | Isotherme Temperatur /℃ | Isotherme Zeit /min | Klasse | Isotherme Temperatur /℃ | Isotherme Zeit /min |
| 65 | 280-350 | 10-20 | GCr9 | 210~230 | 25-45 |
| 65Mn | 270-350 | 10-20 | 9SiCr | 260-280 | 30-45 |
| 55Si2 | 300-360 | 10-20 | Cr12MoV | 260-280 | 30-60 |
| 60Si2 | 270-340 | 20-30 | 3Cr2W8 | 280-300 | 30-40 |
| T12 | 210~220 | 25-45 |
Abschrecken Kühlen
Damit sich die Hochtemperaturphase des Stahls - der Austenit - während des Abkühlungsprozesses in die metastabile Niedrigtemperaturphase - den Martensit - umwandeln kann, muss die Abkühlungsgeschwindigkeit größer sein als die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahls. Während des Abkühlungsprozesses des Werkstücks besteht ein gewisser Unterschied zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit an der Oberfläche und im Kern. Wenn dieser Unterschied groß genug ist, kann er dazu führen, dass das Werkstück mit einer Abkühlgeschwindigkeit abkühlt, die größer ist als die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit um sich in Martensit umzuwandeln, während der Kern, der weniger als die kritische Abkühlungsrate aufweist, sich nicht in Martensit umwandeln kann.
Um sicherzustellen, dass sich der gesamte Querschnitt in Martensit umwandelt, muss ein Abschreckmedium mit ausreichender Kühlleistung gewählt werden, damit der Kern des Werkstücks eine ausreichend hohe Abkühlgeschwindigkeit hat. Ist die Abkühlgeschwindigkeit jedoch hoch, können die durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung und -kontraktion im Inneren des Werkstücks verursachten inneren Spannungen dazu führen, dass sich das Werkstück verformt oder reißt. Daher ist es wichtig, das Abschreckmedium und die Abkühlungsmethode unter Berücksichtigung der beiden oben genannten widersprüchlichen Faktoren vernünftig auszuwählen.
In der Abkühlphase geht es nicht nur darum, eine vernünftige Struktur für die Teile zu erhalten und die erforderliche Leistung zu erzielen, sondern auch die Größe und Formgenauigkeit der Teile zu erhalten. Sie ist ein wichtiges Glied im Abschreckprozess.
Härte des Werkstücks
Die Härte des abgeschreckten Werkstücks beeinflusst die Wirkung des Abschreckens. Die Härte des abgeschreckten Werkstücks wird im Allgemeinen durch seinen HRC-Wert bestimmt, der mit einem Rockwell-Härteprüfer gemessen wird. Der HRA-Wert kann für dünne harte Stahlplatten und oberflächengehärtete Werkstücke gemessen werden, während für gehärtete Stahlplatten mit einer Dicke von weniger als 0,8 mm, oberflächengehärtete Werkstücke mit einer flachen Schicht und gehärtete Stabstahl mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm können die HRC-Werte mit einem Rockwell-Härteprüfer an der Oberfläche gemessen werden.
Wenn Schweißen von Kohlenstoffstahl und bestimmte legierte Stähle können in der Wärmeeinflusszone abschrecken und hart werden, was zu Kaltrissen führen kann. Dies gilt es zu verhindern, wenn die Schweißverfahren.
Aufgrund der Härte und Sprödigkeit des Metalls nach dem Abschrecken kann die erzeugte Oberflächeneigenspannung zu kalte Risse. Das Anlassen kann als eine der Methoden zur Beseitigung von Kaltrissen eingesetzt werden, ohne die Härte zu beeinträchtigen.
Das Abschrecken ist eher für Teile mit geringer Dicke und kleinem Durchmesser geeignet. Bei größeren Teilen ist die Abschrecktiefe nicht ausreichend, und das Aufkohlen hat das gleiche Problem. Zu diesem Zeitpunkt sollte man in Erwägung ziehen, dem Stahl Legierungen wie Chrom beizumischen, um die Festigkeit zu erhöhen.
Das Abschrecken ist eines der grundlegenden Mittel zur Verfestigung von Stahlwerkstoffen. Martensit in Stahl ist die härteste Phase in eisenbasierten Mischkristallstrukturen, so dass Stahlteile durch Abschrecken eine hohe Härte und eine hohe Festigkeit erhalten können. Martensit ist jedoch sehr spröde, und im Inneren des Stahls treten nach dem Abschrecken große innere Spannungen auf, so dass er sich nicht für die direkte Anwendung eignet und angelassen werden muss.
Abschrecken eines einzelnen Mediums: Das Werkstück wird in einem Medium, z. B. Wasser oder Öl, gekühlt. Die Vorteile sind einfache Bedienung, leichte Mechanisierung und breite Anwendung. Der Nachteil ist, dass das Abschrecken in Wasser große Spannungen verursacht, wodurch das Werkstück anfällig für Verformungen und Risse wird; das Abschrecken in Öl hat eine langsame Abkühlgeschwindigkeit, einen kleinen Abschreckdurchmesser und es ist schwierig, große Werkstücke abzuschrecken.
Double-Medium Quenching: Das Werkstück wird zunächst in einem Medium mit starker Kühlleistung auf etwa 300℃ abgekühlt und dann in einem Medium mit schwächerer Kühlleistung gekühlt. Dieses Verfahren kann die durch die martensitische Umwandlung verursachten inneren Spannungen wirksam reduzieren und die Tendenz zur Verformung und Rissbildung des Werkstücks verringern.
Stufenweises Abschrecken: Das Werkstück wird in einem Salz- oder Alkalibad bei niedriger Temperatur abgeschreckt, wobei die Temperatur nahe dem Ms-Punkt liegt. Das Werkstück bleibt 2-5 Minuten auf dieser Temperatur und wird dann an der Luft abgekühlt.
Isothermes Abschrecken: Das Werkstück wird in einem isothermen Salzbad abgeschreckt, wobei die Salzbadtemperatur im unteren Bereich der Bainitzone liegt (etwas höher als Ms). Das Werkstück bleibt lange Zeit bei dieser Temperatur, bis die Bainitumwandlung abgeschlossen ist, und wird dann an der Luft abgekühlt.
Abschrecken der Oberfläche: Die Oberflächenabschreckung ist ein Verfahren, bei dem die Oberflächenschicht eines Stahlstücks teilweise bis zu einer bestimmten Tiefe abgeschreckt wird, während der Kern ungeschreckt bleibt.
Induktionshärtung: Bei der induktiven Erwärmung werden durch elektromagnetische Induktion Wirbelströme im Werkstück erzeugt, um es zu erwärmen.
Kryogenes Abschrecken: Dies beinhaltet das Eintauchen in eine stark kühlende Eiswasserlösung als Abschreckungsmedium.
Partielle Abschreckung: Dabei werden nur die Teile des Werkstücks abgeschreckt, die gehärtet werden müssen.
Abschrecken mit Gaskühlung: Bezieht sich speziell auf das Erhitzen im Vakuum und das Abschrecken in einem mit hoher Geschwindigkeit zirkulierenden Unterdruck-, Normaldruck- oder Hochdruck-Neutral- und Inertgas.
Abschrecken mit Luftkühlung: Dabei wird zwangsgeführte Luft oder Druckluft als Kühlmedium zum Abschrecken verwendet.
Abschrecken von Salzlake: Dabei wird eine Salzwasserlösung als Kühlmedium für die Abschreckung verwendet.
Abschrecken der organischen Lösung: Dabei wird eine wässrige Lösung eines organischen Polymers als Kühlmedium für die Abschreckung verwendet.
Sprühabschrecken: Dabei wird ein Flüssigkeitsstrahl als Kühlmedium für die Abschreckung verwendet.
Heißes Bad Kühlung: Dabei wird das Werkstück in einem heißen Bad abgeschreckt, z. B. in geschmolzenem Salz, geschmolzenem Alkali, geschmolzenem Metall oder Hochtemperaturöl.
Doppel-Flüssigkeitsabschreckung: Nach dem Erhitzen des Werkstücks zur Austenitbildung wird es zunächst in ein Medium mit starker Kühlleistung getaucht, und wenn die martensitische Umwandlung bevorsteht, wird es zum Abkühlen sofort in ein Medium mit schwacher Kühlleistung überführt.
Abschrecken unter Druck: Nach dem Erhitzen des Werkstücks zur Bildung von Austenit wird es unter bestimmten Vorrichtungen abgeschreckt. Spannenmit dem Ziel, den Verzug bei der Abschreckung zu verringern.
Durchhärtung: Dabei wird das Werkstück von der Oberfläche bis zum Kern vollständig abgeschreckt.
Isothermes Abschrecken: Das Werkstück wird schnell auf das Temperaturintervall für die Bainitumwandlung abgekühlt, um die Isothermie nach dem Erhitzen zur Austenitbildung aufrechtzuerhalten, so dass der Austenit zu Bainit wird.
Stufenweises Abschrecken: Nach dem Erhitzen des Werkstücks zur Bildung von Austenit wird es für eine bestimmte Zeit in ein Alkali- oder Salzbad mit einer Temperatur, die etwas höher oder niedriger als der M1-Punkt ist, getaucht, und nachdem das gesamte Werkstück die mittlere Temperatur erreicht hat, wird es zum Abkühlen an der Luft herausgenommen, um Martensit zu erhalten.
Abschrecken bei niedriger Temperatur: Werkstücke aus untereutektoidem Stahl werden nach dem Austenitisieren im Temperaturbereich Ac1-Ac3 abgeschreckt, um Martensit- und Ferritstrukturen zu erhalten.
Direktes Abschrecken: Dabei wird das Werkstück nach der Aufkohlung direkt abgeschreckt.
Doppelte Abschreckung: Nach dem Aufkohlen des Werkstücks wird es zunächst bei einer höheren Temperatur als Ac3 austenitisiert und dann abgeschreckt, um das Kerngefüge zu verfeinern. Anschließend wird es bei einer etwas höheren Temperatur als Ac3 austenitisiert, um das aufgekohlte Schichtgefüge zu verfeinern.
Selbstkühlendes Abschrecken: Nachdem das Werkstück schnell erwärmt wurde, um lokal oder an der Oberfläche zu austenitisieren, breitet sich die Wärme aus dem erwärmten Bereich von selbst auf den nicht erwärmten Bereich aus, wodurch der austenitisierte Bereich schnell abkühlt.
Das Abschrecken ist ein wichtiges Wärmebehandlungsverfahren, das in der modernen mechanischen Fertigung in großem Umfang eingesetzt wird. Praktisch alle wichtigen Maschinenkomponenten, insbesondere Stahlteile, die in Automobilen, Flugzeugen und in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, werden abgeschreckt, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Um den unterschiedlichen technischen Anforderungen der verschiedenen Bauteile gerecht zu werden, wurden zahlreiche spezialisierte Abschreckverfahren entwickelt.
Abschreckmethoden können anhand verschiedener Faktoren kategorisiert werden:
1. Behandlungsbereich:
2. Phasenumwandlung beim Erhitzen:
3. Phasenumwandlung beim Abkühlen:
Jede Abschreckmethode hat spezifische Eigenschaften und Einschränkungen, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Am häufigsten werden die Oberflächenabschreckung durch Induktionserwärmung und die Flammenabschreckung eingesetzt. Neue Abschreckmethoden mit hoher Energiedichte, wie z. B. die Laser- und Elektronenstrahl-Erwärmung, gewinnen aufgrund ihrer einzigartigen Fähigkeiten und ihrer präzisen Steuerung rasch an Aufmerksamkeit.
Das Oberflächenhärten findet breite Anwendung bei Maschinenkomponenten, die aus gehärtetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder Sphäroguss hergestellt werden. Dieses Verfahren ist besonders effektiv bei Vergütungsstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, da es die Beibehaltung hoher mechanischer Gesamteigenschaften im Kern ermöglicht und gleichzeitig eine hervorragende Oberflächenhärte (>HRC 50) und Verschleißfestigkeit erzielt. Zu den üblichen Anwendungen gehören Werkzeugmaschinenspindeln, Zahnräder, Kurbelwellen von Dieselmotoren und Nockenwellen.
Das Prinzip der Oberflächenabschreckung kann auch auf verschiedene Eisenwerkstoffe angewandt werden, die eine ähnliche Zusammensetzung wie Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt aufweisen, wie z. B:
Unter diesen weist duktiles Gusseisen die besten Verarbeitungseigenschaften und hohe mechanische Gesamteigenschaften auf, so dass es das am häufigsten verwendete Material für Oberflächenhärtungsanwendungen ist.
Bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt werden durch das Abschrecken der Oberfläche die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit deutlich verbessert. Die Plastizität und Zähigkeit des Kerns bleiben jedoch relativ gering. Daher wird das Oberflächenhärten von kohlenstoffreichen Stählen vor allem für Werkzeuge, Messgeräte und hoch kaltgehärtete Walzen verwendet, die nur geringen Stoß- und Wechselbelastungen ausgesetzt sind.
Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zeigen dagegen nur geringe Verfestigungseffekte nach der Oberflächenabschreckung und werden daher nur selten dieser Behandlung unterzogen.
Die Auswahl eines geeigneten Abschreckverfahrens und -materials hängt von den spezifischen Anforderungen an das Bauteil ab, einschließlich der mechanischen Eigenschaften, der Verschleißfestigkeit und der Betriebsbedingungen. Die Fortschritte bei den Abschrecktechnologien erweitern die Möglichkeiten zur Verbesserung der Materialeigenschaften in verschiedenen industriellen Anwendungen ständig.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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