Die Wärmebehandlung ist eine beliebte Methode, um die mechanischen Eigenschaften bestimmter Metalle zu verändern. Eine der besten Möglichkeiten, ein Metall an die Anforderungen einer bestimmten Umgebung oder Anwendung anzupassen, besteht darin, seine Festigkeit, Zähigkeit und Härte zu modifizieren, ohne seine chemische Zusammensetzung wesentlich zu ändern. Metall kann auf verschiedene Arten wärmebehandelt werden, das Abschrecken ist jedoch eine der am weitesten verbreiteten Techniken.
Was ist Abschrecken?
Das Abschrecken ist ein Schritt in vielen Wärmebehandlungsprozessen, bei dem das Teil auf die erforderliche Temperatur erhitzt und in ein Abschreckmedium eingetaucht wird, um es schnell abzukühlen. Nach dem Abschrecken folgen häufig weitere Wärmebehandlungsprozesse wie Alterung, Anlassen oder Glühen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Durch schnelles Abkühlen des Metalls können Sie die Bildung verschiedener Mikrostrukturen im Stahl verhindern oder fördern, um die Eigenschaften zu erreichen, die Sie für die beabsichtigte Anwendung benötigen.
Zu den verschiedenen Arten kristalliner Mikrostrukturen gehören:
· Austenit: Austenit entsteht, wenn Eisen während der Metallbearbeitung erhitzt wird. Es handelt sich um eine zähe und dennoch formbare Mikrostruktur, die sich hervorragend zum Schweißen eignet. Austenitischer Stahl hat vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wird jedoch häufig weiterverarbeitet, um martensitischen Stahl herzustellen.
· Martensit: Martensitische Umwandlung geschieht, wenn erhitztes Metall schnell abgekühlt wird. Martensitischer Stahl ist zwar hart, aber auch sehr spröde. Die Bearbeitung des Metalls nach dem Abschrecken trägt dazu bei, eine gewisse Duktilität wiederherzustellen und innere Spannungen abzubauen.
· Ferrit: Ferrit ist eine weiche, thermodynamisch stabile Mikrostruktur, die sich bildet, bevor sie in Austenit umgewandelt wird. Es kommt hauptsächlich in kohlenstoffarmem Stahl vor.
· Zementit: Zementit ist eine thermodynamisch instabile Mikrostruktur, die Eisen und Kohlenstoff enthält. Seine starre Mikrostruktur führt zu einem sehr harten und dennoch spröden Metall.
· Perlit: Langsames Abkühlen führt zu einer Perlit-Mikrostruktur, die aus abwechselnden Schichten von Ferrit und Zementit besteht. Diese Struktur ist stark und leicht und weist eine hohe Verschleißfestigkeit auf.
· Bainit: Bainit ist eine harte, spröde Mikrostruktur, die sich bildet, wenn eine Stahlkomponente schneller als die Abkühlgeschwindigkeit von Perlit, aber langsamer als Martensit abgekühlt wird.
Art der Abschreckmedien
Der Abschreckprozess kann mit verschiedenen Abschreckmedien durchgeführt werden. Jedes Medium hat seine eigenen besonderen Löscheigenschaften. Die Abschreckgeschwindigkeit, die Umweltprobleme beim Abschrecken, der Austausch des Abschreckmediums und die Kosten des Abschreckmediums sind Faktoren, die bei der Bestimmung der Art der Medienverwendung berücksichtigt werden müssen. Hier sind die wichtigsten Arten von Abschreckmedien:
Luft
Luft ist ein beliebtes Abschreckmedium, das zum Abkühlen von Metallen zum Abschrecken verwendet wird. Die Erschwinglichkeit ist einer der Hauptvorteile von Luft; Seine Erschwinglichkeit ist ein Ergebnis seiner Fülle auf der Erde. Tatsächlich gilt jedes Material, das erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt wird, indem man es einfach in Ruhe lässt, als an der Luft abgeschreckt. Luftabschreckung wird auch bewusster durchgeführt, wenn sie komprimiert und um das abzuschreckende Metall herum gedrückt wird. Dadurch wird das Teil schneller abgekühlt als ruhende Luft, obwohl selbst Druckluft viele Metalle immer noch zu langsam abkühlen kann, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern.
Wasser
Wasser ist auch in der Lage, erhitzte Metalle schnell abzuschrecken. Stahl kann durch Abschrecken in Wasser schnell abgekühlt werden, was bei manchen Anwendungen hilfreich ist, um die höchstmögliche Härte zu erreichen. Allerdings kann die Abkühlgeschwindigkeit aufgrund des Aufbaus innerer Spannungen auch zu Verformungen und Rissen führen. Folglich sind zusätzliche metallurgische Verfahren erforderlich, um das Bauteil fertigzustellen.
Wasser ist wie viele Gase leicht zu gewinnen und hat keine Auswirkungen auf die Umwelt, was es zu einem nachhaltigen Löschmedium macht. Dampfeinschlüsse können das Abschrecken mit Wasser behindern; In diesem Fall muss der Schmied die Komponente im Medium verwirbeln, um zu verhindern, dass sich feuchte Lufteinschlüsse bilden und Verunreinigungen einbringen.
Öl
Öl kann erhitzte Metalle viel schneller abschrecken als Druckluft. Ein erhitztes Element wird zum Abschrecken in einen mit Öl gefüllten Tank fallen gelassen. Das Teil kann auch mit Öl gespült werden. Da verschiedene Ölsorten unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten und Flammpunkte haben, werden sie häufig in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt.
Sole
Sole oder Salzwasser eignet sich hervorragend als Abschreckmedium für eine schnelle Abkühlung. Es kühlt schneller ab als Luft, Wasser und Öl. Denn wenn das Salz-Wasser-Gemisch mit einem heißen Metall in Berührung kommt, verhindert es die Bildung von Luftkügelchen. Dadurch bedeckt die Flüssigkeit einen größeren Teil der Metalloberfläche als Luftblasen.
Abschreckhärtender Stahl
Bei der Diskussion des Abschreckprozesses verdient Stahl eine besondere Erwähnung, da seine mechanischen Eigenschaften sehr empfindlich auf das Abschrecken reagieren. Durch einen Abschreckprozess, der als Abschreckhärten bezeichnet wird, wird Stahl auf eine Temperatur oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur gebracht und durch den Abschreckprozess schnell abgekühlt. Das schnelle Abschrecken verändert im Vergleich zum langsamen Abkühlen die Kristallstruktur des Stahls. Abhängig vom Kohlenstoffgehalt und den Legierungselementen des Stahls kann bei der Abschreckhärtung eine härtere, sprödere Mikrostruktur wie Martensit oder Bainit entstehen. Diese Mikrostrukturen führen zu einer erhöhten Festigkeit und Härte des Stahls. Sie führen jedoch dazu, dass der Stahl anfällig für Risse wird und die Duktilität deutlich abnimmt. Aus diesem Grund werden einige Stähle nach dem Abschreckhärteprozess geglüht oder normalisiert.
