Wärmebehandlung verstehen: Abschrecken, Anlassen, Normalisieren, Glühen

Um die Leistungsfähigkeit von Metallteilen zu steigern, ist oft eine Wärmebehandlung unerlässlich. Die Wärmebehandlung umfasst typischerweise drei Phasen: Erhitzen, Halten und Abkühlen. Je nachdem, wie schnell abgekühlt wird, wann die Temperatur gehalten wird und wie wieder erhitzt wird, erfolgt Abschrecken, Anlassen, Normalisieren oder Glühen. Es ist wichtig zu verstehen, was die einzelnen Prozesse bewirken und wann sie angewendet werden.

In vielen Fertigungseinrichtungen, einschließlich der Präzisions-CNC-Bearbeitung, stellt die richtige Wärmebehandlung sicher, dass die Teile die Standards hinsichtlich Härte, Zähigkeit und Maßstabilität erfüllen. Richconnnutzt beispielsweise umfassende Kenntnisse dieser Prozesse, um bearbeitbare Hochleistungsteile zu liefern.

Abschrecken: Was es bedeutet und warum es verwendet wird

Beim Abschrecken wird Metall – insbesondere Stahl – über eine kritische Temperatur (Ac3 für untereutektoide Stähle oder Ac1 für übereutektoide Stähle) erhitzt, gehalten, bis es austenitisch wird, und anschließend schnell über die kritische Abkühlrate hinaus auf unter Ms (Martensitbildung) abgekühlt. Dadurch entsteht eine martensitische oder bainitische Struktur. Bei Nichteisenmetallen (Aluminium, Titan, Kupfer) wird auch das schnelle Abkühlen von einer Lösungstemperatur als Abschrecken bezeichnet.

Der Zweck des Abschreckens:

(1) Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Metalls in Materialien oder Teilen. Zum Beispiel: Verbesserung der Härte und Verschleißfestigkeit von Werkzeugen, Lagern usw., Verbesserung der Elastizitätsgrenze der Feder, Verbesserung der allgemeinen mechanischen Eigenschaften von Wellenteilen.

(2) Verbesserung der Materialeigenschaften oder chemischen Eigenschaften einiger Spezialstähle. Beispielsweise Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl, Erhöhung des Permanentmagnetismus von magnetischem Stahl.

Beim Abschrecken und Kühlen ist nicht nur die Wahl des Abschreckmediums, sondern auch die richtige Abschreckmethode erforderlich. Häufig verwendete Abschreckmethoden sind hauptsächlich das Abschrecken mit einer Flüssigkeit, das Abschrecken mit zwei Flüssigkeiten, das abgestufte Abschrecken, das isotherme Abschrecken, das lokalisierte Abschrecken usw.

Das Stahlwerkstück weist nach dem Abschrecken folgende Eigenschaften auf:

① Es werden Martensit, Bainit und Restaustenit in unausgewogener (d. h. instabiler) Form erhalten.

② das Vorhandensein großer innerer Spannungen.

③ Mechanische Eigenschaften können die Anforderungen nicht erfüllen. Daher müssen Stahlwerkstücke beim Abschrecken im Allgemeinen durch das Anlassen gehen

Temperieren: Härte und Spannung zähmen

Anlassen bedeutet, ein zuvor abgeschrecktes Metall auf eine niedrigere Temperatur (unter der kritischen Temperatur) zu erhitzen und dort zu halten, bevor es abgekühlt wird. Dieser Schritt passt die Eigenschaften an und baut Spannungen ab.

Die Hauptzwecke des Vergütens sind:

(1) Reduzieren Sie die inneren Spannungen und verringern Sie die Sprödigkeit. In abgeschreckten Teilen sind viel Spannung und Sprödigkeit vorhanden. Wenn sie beispielsweise nicht rechtzeitig angelassen werden, kommt es häufig zu Verformungen oder sogar Rissen.

(2) Passen Sie die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks an. Das Abschrecken des Werkstücks, seine hohe Härte und Sprödigkeit können durch Anlassen, Härte, Festigkeit, Plastizität und Zähigkeit angepasst werden, um den unterschiedlichen Leistungsanforderungen einer Vielzahl von Werkstücken gerecht zu werden.

(3) Stabilisieren Sie die Größe des Werkstücks. Durch Tempern kann die metallurgische Organisation stabilisiert werden, um sicherzustellen, dass bei der zukünftigen Verwendung des Prozesses keine weiteren Verformungen auftreten.

(4) Verbesserung der Schneidleistung bestimmter legierter Stähle.

Die Rolle des Temperierens besteht darin:

(1) Verbessern Sie die Stabilität der Organisation, so dass beim Verwenden des Werkstücks im Prozess keine Organisationsumwandlung mehr auftritt und die Geometrie und Leistung des Werkstücks stabil bleiben.

② Beseitigen Sie innere Spannungen, um die Leistung des Werkstücks zu verbessern und die Werkstückgeometrie zu stabilisieren.

③ Passen Sie die mechanischen Eigenschaften des Stahls an die Einsatzanforderungen an.

In der Produktion werden oft die Eigenschaften des Werkstücks den Anforderungen entsprechend angepasst. Entsprechend den unterschiedlichen Heiztemperaturen wird das Anlassen in Niedertemperaturanlassen, Mitteltemperaturanlassen und Hochtemperaturanlassen unterteilt. Abschrecken und anschließendes Hochtemperaturanlassen ist ein kombinierter Wärmebehandlungsprozess, der als Anlassen bezeichnet wird, d. h. ein hohes Maß an Festigkeit bei gleichzeitig guter plastischer Zähigkeit.

(1) Niedrigtemperaturtempern: 150-250 ℃, M-Rücken, verringert innere Spannungen und Sprödigkeit, verbessert die plastische Zähigkeit, hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Wird bei der Herstellung von Messgeräten, Schneidwerkzeugen und Wälzlagern verwendet.

(2) Anlassen bei mittlerer Temperatur: 350-500 °C, T-Rückseite, mit hoher Elastizität, einem gewissen Grad an Plastizität und Härte. Wird zur Herstellung von Federn, Schmiedeformen usw. verwendet.

(3) Hochtemperaturtemperierung: 500-650 °C, S-Rückseite, mit insgesamt guten mechanischen Eigenschaften. Wird zur Herstellung von Zahnrädern, Kurbelwellen usw. verwendet.

Normalisierung: Eine Behandlung auf mittlerem Niveau

Das Normalisieren liegt zwischen Abschrecken und Glühen. Der Stahl wird über seine kritische Temperatur (Ac3 + 30–50 °C) erhitzt, gehalten und anschließend luftgekühlt. Diese Abkühlgeschwindigkeit ist schneller als beim Glühen, aber langsamer als beim Abschrecken.

Die Normalisierung hat folgende Zwecke und Verwendungszwecke:

① Bei untereutektischem Stahl wird durch Normalisieren die überhitzte grobkristalline Struktur und die Wei-Struktur beim Gießen, Schmieden und Schweißen beseitigt und gewalztes Material wird in eine gebänderte Struktur überführt. Die Kornverfeinerung kann auch als Abschrecken vor der Vorwärmbehandlung verwendet werden.

② Bei eutektischem Stahl kann durch Normalisieren das Netzwerk der sekundären Aufkohlung beseitigt und eine Perlitverfeinerung erreicht werden, was nicht nur die mechanischen Eigenschaften verbessert, sondern auch das nachfolgende Kugelglühen begünstigt.

③ Tiefgezogene dünne Stahlplatte mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Durch Normalisieren kann die freie Aufkohlung der Korngrenzen verhindert werden, um die Tiefzieheigenschaften zu verbessern.

④ Bei kohlenstoffarmem Stahl und kohlenstoffarmem niedriglegiertem Stahl kann durch Normalisieren eine feinere perlitische Flockenstruktur erhalten werden, sodass die Härte auf HB140-190 erhöht wird, wodurch das Phänomen des „klebrigen Messers“ beim Schneiden vermieden und die Schneidefähigkeit verbessert wird. Bei mittelkohlenstoffarmem Stahl ist sowohl Normalisieren als auch Glühen möglich, wobei Normalisieren wirtschaftlicher und bequemer ist.

⑤ Bei gewöhnlichem Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, bei dem die mechanischen Eigenschaften nicht besonders hoch sind, kann anstelle des Abschreckens auch das Anlassen bei hohen Temperaturen verwendet werden. Dies ist nicht nur einfacher durchzuführen, sondern verleiht dem Stahl auch Form- und Dimensionsstabilität.

⑥ Hochtemperatur-Normalisierung (Ac3 über 150 ~ 200 ℃) kann aufgrund der höheren Diffusionsrate bei hohen Temperaturen die Zusammensetzung von Gussteilen und Schmiedestücken verringern. Nach der Hochtemperatur-Normalisierung können die groben Körner durch die anschließende zweite Normalisierung bei niedrigeren Temperaturen verfeinert werden.

⑦ Bei einigen Turbinen und Kesseln aus legiertem Stahl mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt wird häufig eine Normalisierung durchgeführt, um die Bainitstruktur zu erhalten. Anschließend erfolgt eine Hochtemperaturtemperung bei 400 bis 550 °C mit guter Kriechfestigkeit.

⑧ Außer bei Stahlteilen und Stahl wird das Normalisieren auch häufig bei der Wärmebehandlung von Sphäroguss eingesetzt, um eine Perlitmatrix zu erhalten und die Festigkeit des Sphärogusses zu verbessern.

Aufgrund der Eigenschaften der Normalisierung durch Luftkühlung haben Umgebungslufttemperatur, Stapelmodus, Luftstrom und Werkstückgröße Einfluss auf die Struktur und Eigenschaften nach der Normalisierung. Die Normalisierung kann auch als Klassifizierungsmethode für legierten Stahl verwendet werden. Normalerweise wird legierter Stahl nach dem Durchmesser einer auf 25 °C erhitzten, luftgekühlten Probe von 900 mm in Perlitstahl, Bainitstahl, Martensitstahl und Austenitstahl unterteilt.

Glühen: Erweichen, Spannungsabbau und Kornverfeinerung

Glühen ist eine langsamere, schonendere Behandlung: Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur, Halten dieser Temperatur und anschließendes langsames Abkühlen (häufig im Ofen). Dies fördert die atomare Diffusion, Rekristallisation und Beseitigung von Defekten.

Der Zweck des Glühens ist:

① Verbessern oder beseitigen Sie die verschiedenen organisatorischen Mängel sowie die Eigenspannungen, die beim Gießen, Schmieden, Walzen und Schweißen des Stahls entstehen, um Verformungen und Risse im Werkstück zu verhindern.

② Erweichen Sie das Werkstück zum Schneiden.

③ Verfeinern Sie die Maserung und verbessern Sie die Organisation, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu verbessern.

④ Vorbereitung der Organisation für die abschließende Wärmebehandlung (Abschrecken, Anlassen).

Häufig verwendete Glühverfahren:

① Vollständiges Glühen. Wird verwendet, um mittel- und kohlenstoffarmen Stahl durch Gießen, Schmieden und Schweißen zu verfeinern, nachdem die mechanischen Eigenschaften des groben, überhitzten Stahls schlecht waren. Das Werkstück wird auf eine Temperatur von über 30 bis 50 °C erhitzt, bis der gesamte Ferrit in Austenit umgewandelt ist. Diese Temperatur wird eine Zeit lang gehalten und dann langsam im Ofen abgekühlt. Während des Abkühlvorgangs wird der Austenit wieder abgekühlt, wodurch der Stahl feiner wird.

② Kugelglühen. Wird verwendet, um die hohe Härte von Werkzeugstahl und Lagerstahl nach dem Schmieden zu reduzieren. Das Werkstück wird erhitzt, bis die Temperatur des Stahls über 20 bis 40 °C liegt und sich Austenit bildet. Anschließend wird es isoliert und langsam abgekühlt. Beim Abkühlen wird der Perlit in lamellares Karburit kugelförmig, wodurch die Härte reduziert wird.

③ Isothermisches Glühen. Wird verwendet, um die hohe Härte bestimmter legierter Baustähle mit hohem Nickel- und Chromgehalt zum Schneiden zu reduzieren. Im Allgemeinen wird zuerst der Austenit mit einer schnelleren Geschwindigkeit auf die instabilste Temperatur abgekühlt und für einen angemessenen Zeitraum isoliert. Die Umwandlung des Austenits in Tosit oder Sostenit kann die Härte reduzieren.

④ Rekristallisationsglühen. Wird verwendet, um das Verfestigungsphänomen (Härte nimmt zu, Plastizität nimmt ab) von Metalldrähten und -blechen beim Kaltziehen und Kaltwalzen zu beseitigen. Die Heiztemperatur liegt im Allgemeinen 50–150 °C unter der Temperatur, bei der der Stahl beginnt, Austenit zu bilden. Nur so kann der Kaltverfestigungseffekt beseitigt werden, sodass das Metall weicher wird.

⑤ Graphitisierungsglühen. ⑤ Graphitisierungsglühen. Dies wird verwendet, um Gusseisen mit einem hohen Anteil an Karburierung in Temperguss mit guter Formbarkeit umzuwandeln. Der Prozessablauf besteht darin, das Gussstück auf etwa 950 °C zu erhitzen und nach entsprechender Abkühlung für eine bestimmte Zeit zu isolieren, sodass sich der Karburit zersetzt und flockiger Graphit entsteht.

⑥ Diffusionsglühen. Wird verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Legierungsgussteilen zu vereinheitlichen und ihre Leistung zu verbessern. Bei dieser Methode wird das Gussteil nicht aufgeschmolzen, sondern auf die höchstmögliche Temperatur erhitzt und über einen langen Zeitraum bei der Hitze aufbewahrt, damit die verschiedenen Elemente in der Legierung nach dem langsamen Abkühlen gleichmäßig verteilt werden.

(7) Spannungsarmglühen. Wird verwendet, um die innere Spannung von Stahlgussteilen und Schweißteilen zu beseitigen. Bei Eisen- und Stahlprodukten beginnt sich Austenit zu bilden, nachdem die Temperatur unter 100 bis 200 °C erhitzt, isoliert und an der Luft abgekühlt wurde. Dadurch können innere Spannungen beseitigt werden.

Vergleichstabelle der Wärmebehandlungsverfahren