Teile aus Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl ist ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis 3,8 Gewichtsprozent.Die Definition von Kohlenstoffstahl des American Iron and Steel Institute (AISI) besagt:
1. Es ist kein Mindestgehalt für Chrom, Kobalt, Molybdän, Nickel, Niob, Titan, Wolfram, Vanadium, Zirkonium oder andere Elemente festgelegt oder erforderlich, die hinzugefügt werden müssen, um eine gewünschte Legierungswirkung zu erzielen.
2. der festgelegte Mindestgehalt an Kupfer 0,40 Prozent nicht überschreitet;
3. oder der für eines der folgenden Elemente angegebene Höchstgehalt überschreitet die angegebenen Prozentsätze nicht: Mangan 1,65 Prozent;Silizium 0,60 Prozent;Kupfer 0,60 Prozent.
Der Begriff Kohlenstoffstahl kann auch in Bezug auf Stahl verwendet werden, der kein rostfreier Stahl ist;Bei dieser Verwendung kann Kohlenstoffstahl auch legierte Stähle umfassen.Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wird für viele verschiedene Zwecke verwendet, z. B. für Fräsmaschinen, Schneidwerkzeuge (z. B. Meißel) und hochfeste Drähte.Diese Anwendungen erfordern eine deutlich feinere Mikrostruktur, was die Zähigkeit verbessert.
Mit steigendem Kohlenstoffanteil kann Stahl durch Wärmebehandlung härter und fester werden;es wird jedoch weniger duktil.Unabhängig von der Wärmebehandlung verringert ein höherer Kohlenstoffgehalt die Schweißbarkeit.Bei Kohlenstoffstählen senkt der höhere Kohlenstoffgehalt den Schmelzpunkt.
Der Zweck der Wärmebehandlung von Kohlenstoffstahl besteht darin, die mechanischen Eigenschaften des Stahls zu verändern, normalerweise Duktilität, Härte, Streckgrenze oder Schlagzähigkeit.Beachten Sie, dass sich die elektrische und thermische Leitfähigkeit nur geringfügig verändert.Wie bei den meisten Verstärkungstechniken für Stahl bleibt der Elastizitätsmodul (Elastizität) davon unberührt.Bei allen Behandlungen von Stahl geht Duktilität gegen erhöhte Festigkeit verloren und umgekehrt.Eisen hat in der Austenitphase eine höhere Löslichkeit für Kohlenstoff;Daher beginnen alle Wärmebehandlungen mit Ausnahme des Sphäroidisierens und des Prozessglühens mit dem Erhitzen des Stahls auf eine Temperatur, bei der die austenitische Phase existieren kann.Der Stahl wird dann mit einer mäßigen bis niedrigen Geschwindigkeit abgeschreckt (Wärmeabfuhr), sodass Kohlenstoff aus dem Austenit diffundieren kann, wodurch Eisenkarbid (Zementit) entsteht und Ferrit zurückbleibt, oder mit einer hohen Geschwindigkeit, wodurch der Kohlenstoff im Eisen eingeschlossen wird und so Martensit entsteht .Die Geschwindigkeit, mit der der Stahl durch die Eutektoidtemperatur (ca. 727 °C) abgekühlt wird, beeinflusst die Geschwindigkeit, mit der Kohlenstoff aus Austenit diffundiert und Zementit bildet.Im Allgemeinen führt schnelles Abkühlen dazu, dass das Eisenkarbid fein dispergiert bleibt und ein feinkörniger Perlit entsteht, und langsames Abkühlen ergibt einen gröberen Perlit.Das Abkühlen eines untereutektoiden Stahls (weniger als 0,77 Gew.-% C) führt zu einer lamellar-perlitischen Struktur aus Eisencarbidschichten mit dazwischenliegendem α-Ferrit (nahezu reinem Eisen).Handelt es sich um übereutektoiden Stahl (mehr als 0,77 Gew.-% C), dann besteht die Struktur aus vollem Perlit mit kleinen Körnern (größer als die Perlitlamelle) aus Zementit, die sich an den Korngrenzen bilden.Ein eutektoider Stahl (0,77 % Kohlenstoff) weist in allen Körnern eine Perlitstruktur ohne Zementit an den Grenzen auf.Die relativen Mengen der Bestandteile werden mithilfe der Hebelregel ermittelt.Im Folgenden finden Sie eine Liste der möglichen Arten von Wärmebehandlungen.
Legierter Stahl ist Stahl, der mit einer Vielzahl von Elementen in Gesamtmengen zwischen 1,0 und 50 Gewichtsprozent legiert ist, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern.Legierte Stähle werden in zwei Gruppen unterteilt: niedriglegierte Stähle und hochlegierte Stähle.Der Unterschied zwischen den beiden ist umstritten.Smith und Hashemi definieren den Unterschied mit 4,0 %, während Degarmo et al. ihn mit 8,0 % definieren.Am häufigsten bezieht sich der Begriff „legierter Stahl“ auf niedriglegierte Stähle.
Streng genommen handelt es sich bei jedem Stahl um eine Legierung, allerdings werden nicht alle Stähle als „legierte Stähle“ bezeichnet.Die einfachsten Stähle sind Eisen (Fe), legiert mit Kohlenstoff (C) (ca. 0,1 % bis 1 %, je nach Typ).Der Begriff „legierter Stahl“ ist jedoch die gebräuchliche Bezeichnung für Stähle, denen zusätzlich zum Kohlenstoff gezielt weitere Legierungselemente zugesetzt werden.Zu den gängigen Legierungen gehören Mangan (das häufigste), Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium, Silizium und Bor.Zu den weniger verbreiteten Legierungen gehören Aluminium, Kobalt, Kupfer, Cer, Niob, Titan, Wolfram, Zinn, Zink, Blei und Zirkonium.
Im Folgenden finden Sie eine Reihe verbesserter Eigenschaften von legierten Stählen (im Vergleich zu Kohlenstoffstählen): Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Härtbarkeit und Warmhärte.Um einige dieser verbesserten Eigenschaften zu erreichen, muss das Metall möglicherweise wärmebehandelt werden.
Einige davon finden Verwendung in exotischen und äußerst anspruchsvollen Anwendungen, beispielsweise in den Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken und in Kernreaktoren.Aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften von Eisen finden einige Stahllegierungen wichtige Anwendungen, bei denen ihre Reaktion auf Magnetismus sehr wichtig ist, unter anderem in Elektromotoren und Transformatoren.
Sphäroidisieren
Sphäroidit entsteht, wenn Kohlenstoffstahl über 30 Stunden lang auf etwa 700 °C erhitzt wird.Sphäroidit kann sich bei niedrigeren Temperaturen bilden, die benötigte Zeit erhöht sich jedoch drastisch, da es sich um einen diffusionskontrollierten Prozess handelt.Das Ergebnis ist eine Struktur aus Stäbchen oder Kugeln aus Zementit innerhalb der Primärstruktur (Ferrit oder Perlit, je nachdem, auf welcher Seite des Eutektoids Sie sich befinden).Der Zweck besteht darin, Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt weicher zu machen und eine bessere Formbarkeit zu ermöglichen.Dies ist die weichste und duktilste Form von Stahl.
Vollglühen
Kohlenstoffstahl wird 1 Stunde lang auf etwa 40 °C über Ac3 oder Acm erhitzt;Dadurch wird sichergestellt, dass sich das gesamte Ferrit in Austenit umwandelt (obwohl Zementit möglicherweise noch vorhanden ist, wenn der Kohlenstoffgehalt größer als das Eutektoid ist).Anschließend muss der Stahl langsam abgekühlt werden, im Bereich von 20 °C (36 °F) pro Stunde.In der Regel handelt es sich lediglich um eine Ofenkühlung, bei der der Ofen ausgeschaltet wird, während sich noch Stahl darin befindet.Dies führt zu einer groben perlitischen Struktur, was bedeutet, dass die „Bänder“ aus Perlit dick sind.Vollständig geglühter Stahl ist weich und duktil und weist keine inneren Spannungen auf, was für eine kostengünstige Umformung häufig erforderlich ist.Nur sphäroidisierter Stahl ist weicher und duktiler.
Prozessglühen
Ein Verfahren zum Spannungsabbau in einem kaltverformten Kohlenstoffstahl mit weniger als 0,3 % C. Der Stahl wird normalerweise eine Stunde lang auf 550–650 °C erhitzt, manchmal jedoch auch auf Temperaturen bis zu 700 °C.Das Bild rechts [Klärung erforderlich] zeigt den Bereich, in dem das Prozessglühen stattfindet.
Isothermes Glühen
Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem untereutektoider Stahl über die obere kritische Temperatur erhitzt wird.Diese Temperatur wird eine Zeit lang aufrechterhalten, dann unter die untere kritische Temperatur abgesenkt und erneut aufrechterhalten.Anschließend wird auf Raumtemperatur abgekühlt.Durch diese Methode wird jeglicher Temperaturgradient eliminiert.
Normalisieren
Kohlenstoffstahl wird 1 Stunde lang auf etwa 55 °C über Ac3 oder Acm erhitzt;Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Stahl vollständig in Austenit umwandelt.Anschließend wird der Stahl luftgekühlt, was einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 38 °C (100 °F) pro Minute entspricht.Dies führt zu einer feinen perlitischen Struktur und einer gleichmäßigeren Struktur.Normalisierter Stahl hat eine höhere Festigkeit als geglühter Stahl;es weist eine relativ hohe Festigkeit und Härte auf.
Abschrecken
Kohlenstoffstahl mit mindestens 0,4 Gew.-% C wird auf Normaltemperaturen erhitzt und dann in Wasser, Salzlösung oder Öl schnell auf die kritische Temperatur abgekühlt (abgeschreckt).Die kritische Temperatur hängt vom Kohlenstoffgehalt ab, ist jedoch in der Regel niedriger, je höher der Kohlenstoffgehalt ist.Dadurch entsteht ein martensitisches Gefüge;eine Form von Stahl, die einen übersättigten Kohlenstoffgehalt in einer verformten kubisch-raumzentrierten (BCC) Kristallstruktur besitzt, die eigentlich als tetragonalraumzentrierte (BCT) bezeichnet wird, mit viel innerer Spannung.Daher ist vergüteter Stahl extrem hart, aber spröde, normalerweise zu spröde für praktische Zwecke.Diese inneren Spannungen können zu Spannungsrissen an der Oberfläche führen.Abgeschreckter Stahl ist etwa dreimal härter (viermal härter) als normalisierter Stahl.
Martempering (Marquenching)
Beim Warmhärten handelt es sich eigentlich nicht um ein Temperverfahren, daher der Begriff „Marquenching“.Dabei handelt es sich um eine Form der isothermen Wärmebehandlung, die nach einem anfänglichen Abschrecken, typischerweise in einem Bad aus geschmolzenem Salz, bei einer Temperatur knapp über der „Martensit-Starttemperatur“ angewendet wird.Bei dieser Temperatur werden Restspannungen im Material abgebaut und es kann sich etwas Bainit aus dem Restaustenit bilden, der keine Zeit hatte, sich in etwas anderes umzuwandeln.In der Industrie handelt es sich dabei um ein Verfahren zur Steuerung der Duktilität und Härte eines Materials.Bei längerem Abschrecken erhöht sich die Duktilität bei minimalem Festigkeitsverlust;Der Stahl wird in dieser Lösung gehalten, bis sich die Innen- und Außentemperaturen des Teils angleichen.Anschließend wird der Stahl mit mäßiger Geschwindigkeit abgekühlt, um den Temperaturgradienten minimal zu halten.Durch dieses Verfahren werden nicht nur innere Spannungen und Spannungsrisse reduziert, sondern auch die Schlagfestigkeit erhöht.
Temperieren
Dies ist die am häufigsten vorkommende Wärmebehandlung, da die endgültigen Eigenschaften durch die Temperatur und die Zeit des Anlassens genau bestimmt werden können.Beim Anlassen wird abgeschreckter Stahl erneut auf eine Temperatur unterhalb der Eutektoidtemperatur erhitzt und anschließend abgekühlt.Durch die erhöhte Temperatur bilden sich sehr geringe Mengen Sphäroidit, was die Duktilität wiederherstellt, aber die Härte verringert.Die tatsächlichen Temperaturen und Zeiten werden für jede Zusammensetzung sorgfältig ausgewählt.
Austemperieren
Der Austempering-Prozess ist derselbe wie der Martempering-Prozess, außer dass das Abschrecken unterbrochen wird und der Stahl im geschmolzenen Salzbad bei Temperaturen zwischen 205 °C und 540 °C gehalten und dann mit mäßiger Geschwindigkeit abgekühlt wird.Der resultierende Stahl, Bainit genannt, erzeugt eine nadelförmige Mikrostruktur im Stahl, die eine große Festigkeit (aber weniger als Martensit), eine größere Duktilität, eine höhere Schlagzähigkeit und eine geringere Verformung als Martensitstahl aufweist.Der Nachteil des Austemperns besteht darin, dass es nur bei wenigen Stählen angewendet werden kann und ein spezielles Salzbad erfordert.
Kohlenstoffstahl-CNC
Drehbuchse für Welle
Kohlenstoffstahl-CNC
Bearbeitung schwarz eloxiert
Bush trennt sich davon
Schwärzungsbehandlung
Drehen von Kohlenstoffstahl
Teile mit Sechskantstange
Kohlenstoffstahl
DIN-Verzahnungsteile
Kohlenstoffstahl
Schmiedebearbeitungsteile
Kohlenstoffstahl-CNC
Drehteile mit Phosphatierung
Bush trennt sich davon
Schwärzungsbehandlung
