1998 LS 8.1 Waermebehandlung

Vorwissen

Bei der Verarbeitung von Metallen und Metalllegierungen kommt es immer zu Kaltverformung und Gussfehler. Kaltverformungen sind plastische Verformungen bei z.B. Raumtemperatur wie Abstrahlen oder Biegen. Gussfehler entstehen durch ungleichmäßige Abkühlung oder eine zur schnellen Abkühlung. <!—-

(plastische Verformung bei niedriger Temperatur; z.B. Abstrahlen, Biegen bei Raumtemperatur) und Gussfehler (Aufschmelzen, ungleichmäßige Abkühlung oder zu schnelle Abkühlung).

—-> —- Bild Spannungen im Gefüge —- Dabei entstehen innere Spannungen im Gefüge (räumliche Anordnung von Atomen, siehe Grafik), die zu einer Erhöhung der Festigkeit führen. Zu hohe innere Spannung führt zu einer ungewünschten Festigkeitserhöhung, welche zu Verzug (die Arbeit passt nicht mehr), Rissbildung oder Bruch führen kann. In den meisten Fällen sind die inneren Spannungen aber vernachlässigbar, wenn die Verarbeitungsanleitung eingehalten wird. Bei großen/langen Teilen ist die Gefahr größer.

Verfestigung durch Abstrahlen

Erhöhung der Festigkeit Wie man dem Graphen entnehmen kann, führt eine Erhöhung der Festigkeit zwar zu einer Erhöhung der maximalen Spannung jedoch besagt die Fläche unter dem Graphen aus, wieviel Energie und damit wieviel innere Spannungen ein Werkstück aufnehmen kann. Bei höherer Festigkeit wird ein Werkstück zunehmend anfälliger für Brüche. --- Spannungs-Dehnungs-Diagramm Festigkeitssteigerung z.B. Kaltumformung

Wärmebehandlung

Einleitung Wärmebehandlung - Definition - Ziel der Wärmebehandlung - Aufwand

Um innere Spannungen abzubauen oder ein Werkstück (z.B. Brücke) zu härten, nutzt man Wärmebehandlungen. Dabei durchläuft das Werkstück immer drei Phasen:

• Erwärmen
• Halten
• Abkühlen

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Ausgewählte Gefüge- und Stoffeigenschaftsänderungen durch Wärmebehandlung

• Phasenänderungen oder Phasenumwandlungen

• Abbau von Versetzungen

• Änderung der Korngröße oder Kornform

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Anwendung und Verlauf der Wärmebehandlungen

Jede Wärmebehandlung besteht aus dem

1. Erwärmen auf Solltemperatur (Anwärmen und Durchwärmen),
2. Halten und
3. Abkühlen

--- Abbildung Verlauf Aufwärmen Halten Abkühlen

Erwärmen

Das Erreichen der Zieltemperatur eines Werkstücks kann auf zwei Arten erfolgen: einerseits durch Wärmeübertragung, bei der die Wärme durch Kontakt oder Strahlung auf das Werkstück übergeht (normaler Ofen), und andererseits durch im Werkstück selbst erzeugte Wärme mittels Induktionserwärmung.

Bei der Wärmeübertragung (normaler Ofen) erfolgt die Erwärmung des inneren Teils des Werkstücks durch Wärmeleitung, was bedeutet, dass die Mitte des Werkstücks später die Zieltemperatur erreicht als die Oberfläche. Dies wird als Durchwärmzeit bezeichnet (s. Abbildung oben). Eine viel schnellere Erwärmung ist machbar, wenn die Wärme innerhalb des Werkstücks generiert wird.

—- Bild Werkstück Kern und Rand—- Mit steigender Erwärmungsgeschwindigkeit, größerer Abmessung des Werkstücks und geringerer thermischer Leitfähigkeit des Materials nimmt der Temperaturunterschied zwischen dem Kern und dem Rand des Werkstücks zu. Obwohl aus ökonomischen Gründen eine schnelle Erwärmung des Werkstücks angestrebt wird, führt dies zu erhöhten Risiken von Verzug und Rissen aufgrund der beträchtlichen Temperaturdifferenzen zwischen Rand und Kern. Bei vielen Wärmebehandlungsprozessen können während des Erwärmens und Abkühlens Phasenänderungen auftreten, die die Rissbildung fördern können. Daher ist es notwendig, insbesondere bei dickwandigen und komplex geformten Werkstücken eine langsame Erwärmung anzuwenden.

Es gibt eine Vielzahl von Wärmebehandlungen, einige gängige mit kurzer Erläuterung sollen hier vorgestellt werden:

--- Abbildung Übersicht Verfahren ---

Weichglühen

Beim Weichglühen hebt man die Spannungen durch Verformung möglichst auf.

Spannungsarmglühen

Spannungsarmglühen wird hauptsächlich nach dem Schweißen, Löten oder bei dickwandigen Teilen angewendet, bei denen bereits kleine Temperaturunterschiede zwischen Kern und Rand zu bedeutenden Spannungen führen können. Dickwandige Teile haben wir normalerweise nicht in der Zahntechnik, aber eine lange Brücke könnte nach dem Löten schonmal nicht mehr passen.

Wärmebehandlung im Keramikofen

Zeit-Temperatur Verlauf der verschiedenen Verfahren Erwärmen/Halten/Abkühlen

Verknüpfung zu Phasendiagrammen Verknüpfung zum Spannungs-Dehnungsdiagramm

Langsames vs schnelles Abkühlen / Abkühlen an der Luft