26.06.2012 8-31
8. Werkstofftechnologie und Anwendung
8.1 Grundlagen der Wärmebehandlung
8.2 ZTU-Diagramme
8.3 Härten von Stahl
8.4 Thermochemische Wärmebehandlung
8.5 Oberflächentechnik
8.6 Tribologie
8.7 Gusswerkstoffe
26.06.2012 8-32
Übersicht über gebräuchliche Wärmebehandlungen von Stählen
Normalisieren
Diffusionsglühen 1
Grobkornglühen 2
Weichglühen
Rekristallisationsglühen
Spannungsarmglühen
Wärmebehandlung von Stählen
nicht festigkeitssteigerndeBehandlungen
FestigkeitssteigerndeBehandlungen
Thermochemische
Aufkohlen
Carbonitrieren
Nitrieren
u.a.
Thermische
Vergüten
Randschichthärten
Härten
1meist bei Gussteilen 2heute selten eingesetzt
u.a. Nitrocarburieren
26.06.2012 8-33
Stirnabschreckversuch / Jominy-Test
• Härtbarkeit = Aufhärtbarkeit und Einhärtbarkeit
o erreichbare Härte (Aufhärtbarkeit) ist abhängig vom Kohlenstoffgehalt
o Einhärtbarkeit (Härteverlauf in die Tiefe) wird mittels Jominy-Testprobe geprüft
• Einhärtungstiefe:
senkrechter Abstand von der Oberfläche eines gehärteten Werkstücks bis zu dem
Punkt an dem die Härte einem zweckentsprechend festgelegten Grenzwert entspricht
(DIN 50190)
• Stirnabschreckversuch (DIN 50191):
Eine Probe bestimmter Abmessung wird an einer Stirnfläche unter festgelegten
Bedingungen abgeschreckt, so dass sich über die Probenlänge ein bestimmter
Abkühlungsverlauf und somit je nach dem Umwandlungsverhalten des Stahls ein
kennzeichnender Härteverlauf einstellt
Stirnabschreckversuch: Einhärtbarkeitsprüfung
Start Film Stirnabschreckversuch
26.06.2012 8-34
Stirnabschreckversuch (Jominy Versuch)
Ablauf
Zulauf
Probe
Abschirmblech
Jominy-Stab25 mm
13 mm Öffnung
Wasser (24°C)13 mm
100 mm
7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77Abstand vom abgeschreckten Ende
020
30
50
60
40
Roc
kwel
l Här
te C
Jominy-Stab
Härteprüfversuche
26.06.2012 8-35
Stirnabschreckkurve und zugehörige Gefügeausbildung, Ck45
0 5 10 30 50 70
200
300
400
500
600
700
800
//
1
Abstand von der Stirnfläche in mm
Här
te H
V 1
3
4
5
2
26.06.2012 8-36
10
30
20
20 30 40 50 60
60
50
40
100
Abstand von der Stirnfläche in mm
Här
te H
RC
36 CrNiMo4
34 CrMo4
34 Cr4
Ck 35
Einfluss von Legierungselementen auf die Härteverlaufskurven
26.06.2012 8-37
• Härten von Stahl (DIN EN 10052):
Wärmebehandlung, bei der ein Eisenwerkstoff austenitisiert und dann so abgekühlt
wird, dass eine Härtesteigerung durch die vollständige oder teilweise Umwandlung
des Austenits und gegebenenfalls Bainit zu Martensit erfolgt
• Ziel: Erzeugung eines hochfesten martensitischen Gefüges mit Härtewer-
ten > 700 HV bzw. 60 HRC
• Verfahren:
o Erwärmen auf 30-50 K oberhalb GSK,
o Dauer bis zum vollständigen Austenitisieren (ZTA-Schaubilder)
o „Hinreichend“ schnell abkühlen (abhängig von der Härtbarkeit)
o Abschreckmittel:
� Wasser (unlegierte Stähle)
� Abschreckemulsionen (niedrig legierte Stähle)
� Öle
� Gasstrom oder Luft (höherlegierte Stähle)
Ac3Ac1
t
T
Austenitisieren + Abschrecken = Härten
Austenitisieren + Abschrecken + Anlassen = Vergüten
Temperatur-Zeit-DiagrammHärten und Vergüten
26.06.2012 8-38
• Vergüten: Härten + Anlassen; Führt zu einer Verringerung der Sprödigkeit des
Härtungsgefüges
• Ausscheidungen von Carbiden (Fe3C-Typ)
• Abbau innerer Spannungen des Martensitgefüges (Eigenspannungen II. und III. Art)
• Verringerung der Härte
26.06.2012 8-39
Variation der Abkühlung
• In der Praxis werden folgende mechanische Eigenschaften eines Werkstoffs durch
genau eingestellte Abkühlverläufe beeinflusst:
o Härte
o Zähigkeit
o Wechselfestigkeit
o Beständigkeit gegen Reibbeanspruchung, Überrollbeanspruchung usw.
o Korrosion
• Zustände entsprechen nicht mehr dem Gleichgewicht und sind nicht reversibel; ab-
hängig von Abkühldauer und Abkühlgeschwindigkeit
• Mit wachsender Abkühlgeschwindigkeit verschieben sich die Phasengrenzlinien im
EKD zu tieferen Temperaturen; die Umwandlungspunkte A1 und A3. verschieben sich
• Im eutektoiden Bereich (0,8 Masse-% C) nimmt mit erhöhter Abkühlgeschwindigkeit
der Abstand der Zementitlamellen im Perlitgefüge ab
Ungleichgewichtszustand:
Abkühlen mit bestimmter Abkühlgeschwindigkeit Vqu
EKD- Stahlseite
Vqu = 150K· s-1
Vqu = 250K· s-1
Vqu > 300K· s-1
γγγγG
S
E
0,80,4 1,2 1,6 2,0 % C
°C
200
400
600
800
1000
1200
P
S‘
S‘‘
B
Vqu >> 300K· s-1
Ms
Vqu = 0
26.06.2012 8-40
• Ab einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit nimmt das Gefüge eine metastabile
Gefügestruktur an, die durch hohe Härte und nadelige Struktur gekennzeichnet ist
(Martensit)
• Zwischen den Zuständen Perlit und Martensit entsteht ein metastabiler Zustand, den
man früher Zwischenstufe, heute Bainitstufe nennt
o Man unterscheidet eine obere Bainitstufe, die im oberen Bereich etwa einem
entarteten Perlit entspricht, und eine dem Martensit nahekommende untere
Bainitstufe in der Nähe der Martensit-Start-Temperatur Ms
26.06.2012 8-41
Gegenüberstellung von Gleichgewichts- und Härtegefüge
Beispiel: C45 (untereutektoider unlegierter Stahl mit ca. 0,45 Gew-% Kohlenstoff)
• Zwei Proben mit gleichem Ausgangszustand werden bei gleichen Bedingungen
austenitisiert und anschließend unterschiedlich abgeschreckt:
o Probe a) 850°C 20min / Luft
o Probe b) 850°C 20min / Öl
• Ergebnis der Härteprüfung:
o Probe a) 200HV1
o Probe b) 700HV1
• Ursachen der unterschiedlichen Härte:
o Kornform, Korngröße und strukturelle Anordnung (Verteilung) der einzelnen
Kristallite unterscheiden sich
o verschiedene Abschreckgeschwindigkeiten führen zu einer unterschiedlichen
Gefügeausprägung
Behandlung a) Behandlung b)Stahl C45
T°C
Dauer [min]20
850
Dauer [min]
T°C
20
850200HV1 700HV1
26.06.2012 8-42
0
E
P
3
K
Tem
pera
tur i
n °C
1200
600Kohlenstoffgehalt in Ma.-%
G
S
°C
200
400
600
800
1000
1200
101 102 ∞1log t [s]
Abkühldauer
Ac3
∫∫
Ac1
Abkühlkurven
ZTU- Diagramm, kontinuierlich
Ms
Martensitische Härtung
26.06.2012 8-43
Martensitumwandlung
• Kohlenstoff kann nicht mehr genügend Platzwechselvorgänge durchführen
• Da im Ferrit nicht mehr als 0,02 Mas.-% C löslich sind, bildet sich durch Scherung die
metastabile Phase Martensit
• Das Modell beschreibt die möglichen Orientierungsbeziehungen
Martensitumwandlung
Modell nach E.C. Bain
Start Film Martensitumwandlung
[010] γγγγ
Oktaederlücken mit C besetztFe
26.06.2012 8-44
Martensitgefüge
• Umwandlung erfolgt schlagartig aus der Austenitstufe; Beginn an der
Austenitkorngrenze
• Martensitnadeln weisen eine hohe Härte, als Folge der durch tetragonale
Gitterverzerrung erzeugten inneren Spannung, auf
• Phase wird mit α‘ (krz - wie Ferrit) gekennzeichnet
Martensitgefüge Lichtmikroskop (Hellfeld) V = 1000:1
Nadeln: αααα‘ (dunkel)Restaustenit: γγγγ (hell)
26.06.2012 8-45
Einflussfaktoren auf die Martensitbildung
• Martensitbildung wird durch den Anteil an gelöstem Kohlenstoff im Austenit bestimmt
o Bei hohen Anteilen (eutektoidischer Bereich) entsteht der nadelige (acicularer)
Martensit (Plattenmartensit)
o Bei Stählen mit weniger als 0,3% Mas.-% C entsteht Massivmartensit (kubischer
Martensit), der keine hohe Härte aufweist
o Hochkohlenstoffhaltige Stähle weisen Anteile an Restaustenit auf
Massivmartensit (C~0,42%)Härte ~ 600HV
Plattenmartensit + Restaustenit (C~1,0%) Härte ~ 750HV
42CrMo4, gehärtet und angelassenbei 600 C, Härte ~300HV1
Här
te in
HR
C
Kohlenstoffgehalt0,6
abschrecken von GSKGefüge wie 0,6% C +Sekundärzementit
abschrecken von GSE (Acm)zunehmender Anteil anRestaustenit
60
30
70
50
40
26.06.2012 8-46
Einfluss der Temperatur und chemischen Zusammensetzung auf die Martensitbildung
• Die diffusionslose Umwandlung von Austenit in Martensit erfordert eine entsprechend
treibende Kraft:
o Unterschied der freien Enthalpien als Folge der Unterkühlung
• Je mehr Kohlenstoff im Austenit gelöst ist, desto größer muss die Unterkühlung sein
• Die Martensitstart-Temperatur (Ms) wird mit zunehmendem C-Gehalt zu niedrigeren
Werten verschoben
• Die Umwandlung von Austenit in Martensit erfolgt diskontinuierlich:
o Nach Erreichen der Martensitstart-Temperatur wird nur mit zunehmender Un-
terkühlung weitere Umwandlungsenergie frei, bis bei der
Martensitumwandlungs-Endtemperatur (Mf) der gesamte Austenit in Martensit
umgewandelt ist
0,5 1,00 1,5
800
600
400
2000
-200Tem
pera
tur [
°C]
Massen-% C100% Martensit Martensit +Restaustenit
Ms
Mf
0
0100
50
75
50
25
0,5 1,0 1,5
20 °C
-196 °C
Gelöster Kohlenstoffgehalt in Ma.-%
Res
taus
teni
tant
eil i
n V
ol.-
%
Mar
tens
itant
eil i
n V
ol.-
%
Abhängigkeit der Martensitumwandlung vom Kohlenstoffgehalt
26.06.2012 8-47
o Bei hohen Kohlenstoffgehalten wird nicht genügend Umwandlungsenergie frei
und es verbleibt ein Anteil von stabilem Restaustenit
o Bei niedrigem Kohlenstoffgehalt werden Martensitlatten nacheinander in Pa-
ketform gebildet; die tetragonale Verzerrung tritt fast nicht auf, man spricht
von Massivmartensit
o Bei C-Gehalten > 0,8 Mas.-% entsteht acicularer oder Plattenmartensit, der
spröde und für die Härtung verantwortlich ist; dazwischen entsteht ein Misch-
gefüge
26.06.2012 8-48
800700600500400300200100
Tem
pera
tur
[°C]
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
Massen-% C
Massivmartensit Plattenmartensitgemischt
Nach Krauss und Marder
Abhängigkeit der Martensitart vom Kohlenstoffgehalt
26.06.2012 8-49
0,4 1,61,20,8Kohlenstoffgehalt %C
0
200
400
600
800
1000
Abk
ühlg
esch
win
digk
eit °
C/s
Fe
vok
vuk
Abhängigkeit der oberen und unteren kritischen Abkühlgeschwindigkeit in reinen Fe-C-Legierungen
vom Kohlenstoffgehalt
26.06.2012 8-50
Beispiel: Änderung der Kenngrößen ausdem Zugversuch durch das Anlassen
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Anlasstemperatur in °C
Zug
fest
igke
it bz
w. S
trec
kgre
nze
in M
Pa
0
10
20
30
40
50
60
70
Deh
nung
bzw
. Ein
schn
ürun
g in
%
ZugfestigkeitStreckgrenzeDehnungEinschnürung
Ck45 - Vergütungsschaubild
Beispiel aus Schumann, Metallographie
26.06.2012 8-51
Vergütungsschaubilder
• In Abhängigkeit vom Durchmesser eines Probestabes werden für die Vergütung
Härtewerte (Härtbarkeitsstreuband, Jominy-Stirnabschreckprobe) Streckgrenze,
Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung sowie Kerbschlagarbeit
angegeben
• In vielen Fällen auch ein isothermisches und ein kontinuierliches ZTU-Schaubild
SchaubilderVergütungsstahl34Cr4
[Stahlwerke Südwestfalen]
Abstand von Stirnfläche in mm0 10 20 3
040 50
10
20
30
40
50
60
70
Här
te in
HR
C
Härtbarkeitsstreuband Härtetemperatur 850°C
Str
eckg
renz
e; Z
ugfe
stig
keit
N/m
m²
Bru
chde
hnun
g, -
eins
chnü
rung
/%
Anlasstemperatur °C500 550 600 650
0 0
300
600
900
1200
1500
30
60
90Rm
Re
Z
A
VergütungsschaubildVergütungsquerschnitt 60mm
Tem
pera
tur
°C
0100
200
300
400500
600
700
800
9001000
100101 1000 10000 100000Zeit in sec.
Isothermisches ZTU-Schaubild
342
195
603
257225
324
275
Zw
FA
Ms
M
P
34Cr4
Tem
pera
tur
°C
0100
200
300
400500
600
700
800
9001000
100101 1000 10000 100000Zeit in sec.
Kontinuierliches ZTU-Schaubild
350
475 295
262
235 175 155593
Zw
FA
Ms
M
P
34Cr4
26.06.2012 8-52
Flammhärten
• Flammhärten ist ein Abschreckhärten der Werkstückoberflächen mit anschließendem
Anlassen bei niedrigen Temperaturen (thermo-physikalisches Verfahren, Rand-
schichthärteverfahren)
• Beim Flammhärten werden an Bauteilen mit zähem Kern hohe Oberflächenhärten mit
bis zu ca. 800 HV erzielt
• Voraussetzung
o Mindestkohlenstoffgehalt von 0,35 Mas.-% C
• Nach der Austenitisierung erfolgt die Abschreckung je nach Härteverfahren und
Werkstoff mit Wasser, speziellem Härteöl, synthetischem Abschreckmittel oder
Pressluft
• Erreichbare Härtetiefen (Rht) liegen je nach Werkstoff bei 2 bis 15 mm
Flammhärten
Start Film Flammhärten
26.06.2012 8-53
Induktionshärten
• Induktionshärten ist wie das Flammhärten ein thermo-physikalisches Verfahren in der
Gruppe der Randschichthärteverfahren
• Erwärmung des Bauteils erfolgt mittels elektrischer Energie im randnahen Bereich,
wobei die Austenitisierungstiefe in erster Linie von der Frequenz des elektrischen
Stromes bestimmt wird (je höher die Frequenz, desto geringer die Eindringtiefe –
„Skin-Effekt“)
• Spezialinduktoren entsprechend den Bauteilbedingungen
• Für das Induktionshärten kommen neben den Vergütungsstählen ab einem C-Gehalt
von 0,3 Mas.-% C auch höherlegierte und hochlegierte Werkstoffe wie z.B.
X155CrVMo12 in Frage
• Erreichbare Einhärtungstiefen (Rht) liegen zwischen 0,1 und 12 mm (je nach Werk-
stoff, Erwärmungsfrequenz und Erwärmungsdauer)
Induktionshärten
Start Film Induktionshärten
26.06.2012 8-54
• Vorteile des Induktivhärtens:
o schnellere Erwärmung, da höhere Leistungsdichte als Flammhärtung
o durch CNC-Steuerung hohes Maß an Reproduzierbarkeit
o kleinere Bauteile mit geringer Einhärtetiefe können gehärtet werden
o Induktorgestaltung und Prozessablauf (Vorschubhärtung, ganzflächige Erwär-
mung) ergeben große Freiheitsgrade bei der Härtezonengeometrie, auch parti-
elle Härtung nur der höchstbeanspruchten Teile eines Bauteils möglich
26.06.2012 8-55
Martensit
restaustenitischesGefüge
Martensit
Sensoren (T, F)
Schleifhärten
VerformungsinduzierteMartensitbildung
Sensor
Alternative Verfahren
26.06.2012 8-56
Bake Hardening (BH) beruht:
• auf dem Cottrell-Effekt:
Zwischengitteratome (C, N) diffundieren auf energetisch günstige Positionen
(null- und eindimensionale Gitterdefekte, z.B. Stufenversetzungen); Diffusion wird
durch Temperaturerhöhung begünstigt
• und einer zusätzlichen Vorverformung (WH = Work hardening):
Dadurch wird die Fehlstellendichte erhöht und die Interstitionsatome können sich
vermehrt an den Defektstellen anlagern, sogenannte „Cottrell-Wolken“ bilden. Die
Versetzungsbewegung wird erschwert, es kommt zu einer weiteren Verfestigung. Die
Temperaturzufuhr wird während der Einbrennlackierung von Karosserieblechen
erreicht. Die Erhöhung der Streckgrenze zeigt die Festigkeitssteigerung an.
Kurve 1: ohne Wärmebehandlung
Kurve 2: mit Wärmebehandlung ohne Vorverformung (BH0)
Kurve 3: mit Wärmebehandlung nach Vorverformung (BH2)
Karosseriebleche mit Bake Hardening Effekt
BH0
BH2
WBH
3
2 1
BH0
BH2
WH
3
2 1
2%
Rp0,2
Rp0,2
nach VorverformungSpa
nnun
g
Dehnung
nach Einbrennlackierung
BH2
WH
26.06.2012 8-57
• Eigenschaftsänderung durch Bake Hardening:
o zusätzliche Steigerung der Festigkeit, erkennbar aus dem Anstieg der
0,2%-Dehngrenze des Karosserieteils, abhängig von der Lackeinbrenntempe-
ratur
• Positive Effekte durch Bake Hardening:
o Gewichtseinsparung
o Erhöhung des Widerstands gegen plastische Verformung
o Vereinfachung und Kostenreduzierung der Produktion
0 50 100 150 200 250 °CLackeinbrenntemperatur
200
300
400
Rp0,2
[MPa]
Rp0,2 Lieferzustand
Rp0,2 nach 2% Verformung
Rp0,2 nach „Bake hardening“
Verfestigung eines KarosserieblechesMassengehalte -%: C < 0,025, Si < 0,4, Mn 0,3 - 0,7; Al ~0,02
Quelle: H. Bergmann, IMW, U. Bayreuth
26.06.2012 8-58
• Unlegierte Qualitätsstähle finden im allgemeinen Maschinenbau für gering
beanspruchte Bauteile im Festigkeitsbereich 330-1100 MPa Anwendung. Stähle mit
niedrigem C-Gehalt (0,1-0,2%C) werden für Press-/ Stanzteile und zu schweißende
Teile eingesetzt, Stähle mit mittlerem C-Gehalt (0,3-0,5%) werden für allgemeinen
Maschinenbau, Achsen, Wellen, Kupplungsteile, auch Schrauben und Muttern
verwendet. Unlegierte Qualitätsstähle sind für höhere Temperaturen bis 350°-400°C
geeignet (warmfest), legierte mit 1-2% Cr, Mo und 1% V und Austenite (Ni-Cr-legiert)
bis zu 700°C (kriechfest).
• Einsatzstähle für Konstruktionsteile, die eine harte verschleißfeste Randschicht auf-
weisen sollen (z.B. Getriebeteile, Zahnräder, Ritzel, Tellerräder, Bolzen usw.). Die
Stähle haben einen niedrigen C-Gehalt (≤ 0,2%), sind vor dem Aufkohlen gut
schweißbar und werden im Verfahren Einsatzhärtung bis zu etwa 0,8-1% C
aufgekohlt). Es gibt unlegierte und legierte Einsatzstähle (z.B: Cr, Cr+Mn, Cr+Mo, Ni,
Ni+Cr, Cr+Ni+Mo, usw.)
Stähle für Wärmebehandlung
Unlegierte Qualitätsstähle : für den allgemeinen Maschinen- und Motorenbau
Einsatzstähle : harte Oberfläche, wälzbeanspruchte Bauteile im Getriebebau
Vergütungsstähle : Wellen, verschleißbeanspruchte Bauteile im Getriebebau
Stähle für Oberflächenhärtung : Getriebewellen, Bohrstangen, Ritzel, Sägeblätter
Nitrierstähle : für verschleiß- korrosions-, und druckbeständige Teile, Kolbenstangen
Federstähle : elastisches Verhalten (Re = hoch), Blatt und Spiralfedern
Wälzlagerstähle : Verschleißbeständigkeit, Wechselfestigkeit, Härte, hohe Reinheit
Säurebeständige Stähle : Kesselbau, chem.Apparatebau
Nicht magnetisierbare Stähle : Messgeräte, Schiffstechnik, Flugzeugbau, Uhren
Hitzebeständige Stähle : Motorenbau (Ventile),
Warmfeste Stähle : Kesselbau,Dampfturbinenbau,Überhitzerrohre,Raffinerien
Werkzeugstähle
26.06.2012 8-59
• Vergütungsstähle haben einen C-Gehalt von 0,2-0,6%, sind als Qualitäts-, wie auch
Edelstähle (abgesenkter P-, S-Gehalt, hohe Reinheit) erhältlich. Durch Vergüten wird
eine höhere Streckgrenze und Mindestzugfestigkeit erzielt (unlegiert Rm ≤ 800 MPa,
legiert Rm ≤ 1600 MPa). Für dicke Schmiedestücke wird auch Ni und Mo zulegiert.
• Stähle für Oberflächenhärtung geeignet für Flamm- und Induktionshärtung. Die
Stähle weisen einen höheren C-Gehalt (0,35-0,80%) auf und sind unlegiert, wie auch
legiert (Mn, Cr, Mn+Si, Cr+Mo, Cr+V, Cr+Ni+V) verfügbar.
• Nitrierstähle sind Vergütungsstähle, die Nitrid bildende Elemente (z.B. Al, Cr) enthal-
ten (34CrAl6, 41CrAlMo7 usw.).
• Federstähle C-Gehalte: 0,4-1% und (Si, Si+Mn, Si+Cr, Mn+V, Cr+V) legiert; Re=1100-
1400 MPa. Die Stähle werden vergütet oder auch patentiert: z.B. Drähte, Klaviersai-
ten. In der Perlitstufe umgewandelt und kaltverformt (gezogen).
• Wälzlagerstähle für Kugel-, Rollen-, Nadellager mit etwa 1% C, 0,5-2% Cr, und ≤ 1%
Mn legiert, sehr hohe Reinheit gefordert. Bekanntester Stahl 100Cr6. Gute
Kaltumformbarkeit vorhanden, auch als Kaltarbeitsstähle mit geringerer Reinheit
klassifiziert.
• Nichtrostende Cr und Cr+Ni legierte Stähle, austenitische CrNi-Stähle (X5CrNi18 8),
ferritische Cr-Stähle (X5Cr13), martensitische Cr-Stähle (X40Cr13, X90CrMoV8)
• Austenitische Stähle sind nicht magnetisierbar aufgrund von Ni-, Mn-, Cr-Zugabe und
N (z.B.: X120Mn12, X45NiCrMnV1254, X8CrNi1812)
• Hitzebeständige Stähle (z.B. Ventilstähle, X45SiCr4) enthalten Cr-, Al-, Si-
Legierungszusätze (X10CrAl14 bis 1100°C, X15CrNiSi2 520 bis 1200°C).
• Werkzeugstähle unlegierte Edelstähle in mehreren Gütegruppen (~1% C); legierte
und hochlegierte Edelstähle (Karbidbildner) für Warmarbeit, Kaltarbeit,
Sonderzwecke: Kunststoffverarbeitung (~0,3-0,6% C); Schneidwerkzeuge (~2% C)
hochlegiert (Cr, Mo, V, W) (Umformung)
Beispiel: Schnellarbeitsstähle 4% Cr und W, Mo, V legiert (z.B. HS6-5-2C: 0,8-1% C,
4% Cr und ~6% W, ~5% Mo, ~2% V)
26.06.2012 8-60
• Klassifizierung der Härtewerte:
o Makrohärteprüfung (HV5-HV100)
o Kleinlasthärteprüfung (HV0,2-HV5)
o Mikrohärteprüfung (HV0,01-HV0,2)
Diamantpyramide Öffnungswinkel 136°
Probe
Pyramideneindruck
d1
d2
Härteprüfung nach Vickers (DIN EN ISO 6507)
2n
136°2 F sin
1 2HV = [7.1]g d
⋅ ⋅ ⋅
n
1 1 = = 0,102
g 9,81
210 HV 50 / 30Beispiel
Härte-wert
Härte nach Vickers
Prüfkraft F=50 · 9,81 N
= 490,5 N
Einwirk-dauer in
Sekunden
Start Film HV Härteprüfung
26.06.2012 8-61
Zustelleinrichtung
Auflagetisch
Eindringkörper
Feststelleinrichtung
Probe
Härteprüfung nach Rockwell (DIN EN ISO 6508)
Start Film HR Härteprüfung
Eindringkugel
Probe
Diamantkegel
HRB(hardness rockwell ball)
HRC(hardness rockwell cone)
56 HRCBeispiel
Härtewert Härte nach Rockwell C
26.06.2012 8-62
Arbeitsablauf bei der Rockwell-Härteprüfung (HRC)
1020
30405060
70
80
9001001
Messuhr
Probe
Gewichte
Prüfkörper
1020
30405060
70
80
9001002
Prüfvorkraft 95 N aufgelegt
Skala auf 0 gestellt
1020
30405060
70
80
9001003
Zusätzlich Prüfkraft aufgelegt (Prüfgesamt-kraft) 1471 N
1020
30405060
70
80
9001004
Prüfkraft abgehoben
abzulesender HRC - Härtewert
Eindringtiefe unter Prüfvorkraft
Eindringtiefe etwa 750 fach vergrößert dargestellt
Eindringtiefe unter Prüfgesamtkraft
Bleibende Eindringtiefe t Dunter Prüfvorkraft
Probenrandschicht
020406080
100
Härteskala
0,2
mm tD
Härtewert HRC
26.06.2012 8-63
Eindringkugel
Probe
Kugeleindruck
d1
d2
D
229 HBW 2,5 / 187,5 / 30Beispiel
Härte-wert
Härte nach Brinell (Hart-metallkugel
Prüfkugel-durchmesser
in mm
Prüfkraft F=187,5 ·
9,81 N = 1839 N
Einwirk-dauer in
Sekunden
2 2
F [N]HB = 0,102
d [mm ]⋅
Start Film HB Härteprüfung
Härteprüfung nach Brinell (DIN EN ISO 6506 )
26.06.2012 8-64
Art des Aufbringens der Prüfkraft
• statisches Aufbringen der Prüfkraft
o ohne Vorkraft
o mit Vorkraft (Vorlast-Härteprüfung, Rockwell)
Anwendungsbereiche:
• HB für Werkstoffe niedriger Härte: Cu-Legierungen, Al-Legierungen, niedrig
legierte Stähle mit geringem C-Gehalt (Bleche)
• HRB (B= ball) für Werkstoffe mittlerer Härte: legierte, nicht gehärtete Stähle,
ausgehärtete Legierungen, Metall-Basis-Werkstoffe
• HRC (C= cone) für Werkstoffe hoher Härte: gehärtete und vergütete Stähle
weich 30HRC...
hart >50HRC.....67HRC
• HV für alle Werkstoffe: Kleinkrafthärtemessung (HV0,2-HV5) und Mikro-
Härtemessung (HV0,01-HV0,2); Bestimmung der Härte in Randschichten
geglühter Stahl: ≈ 200HV
gehärteter Stahl: ≈ 800HV
Beschichtungen bis 3000HV
ungehärtete Stähle, CuZn-Legierungen
direkte Anzeige des Härtewertes, für mittelharte
und weiche Werkstoffe
StahlkugelRockwellHRB
gehärtete Stähle und Legierungen, Hartmetalle
direkte Anzeige des Härtewertes, für harte
Werkstoffe
DiamantkegelRockwellHRC
gehärteter Stahl, gehärtete Randschichten,
Gefügebestandteile
universal einsetzbare Härteprüfung für
mittelharte und harte Werkstoffe
Diamant-pyramideVickers
HV
geglühter und vergüteter Stahl, Leichtmetalle,
Schwermetalle
genaue, reproduzierbare Werte, nur für weiche bis
mittelharte Werkstoffe
StahlkugelBrinellHB
AnwendungVor- und NachteileEindringkörperVerfahren
Vergleich der Härteprüfverfahren
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