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Post by Michael DahmsPost by Axel zur StrassenPost by Michael Dahms2. kenne ich Stickstoffabschrecköfen. Wenn Du Dir die
Verdampfungsenthalpie von Wasser ausrechnest, kannst Du Dir
ausrechnen, welche Menge Stickstoff Du brauchst, um die gleiche
Wärmeabfuhr wie bei Wasser zu bekommen. Das ist also eine
Sondertechnik, die man dann aber nicht mehr "Lufthärten"nennt .
Btw, wie wird dort abgekühlt?
Mit gasförmigem Stickstoff und Überdruck. Ein Vakuumofen wird
schlagartig geflutet. Mit flüssigem Stickstoff kühlt man, um nach einer
Wasserabschreckung noch Restaustenit umzuklappen.
Da gibt es dann auch noch eine "etwas" aufwendigere Methode: das
Werkstück wird warm in eine werkstückangepaßte Düsenanordnung
(Düsenfeld) eingebracht, und dann pusten die Düsen Druckgas (i. a. N2)
auf die Werkstückoberfläche.
Vorteil:
- hohe Leistungsdichte auf der Oberfläche durch hohe
Strömungsgeschwindigkeit
Nachteile:
- teuer (Gasverbrauch, Vorrichtung, Handling)
- Strömungen haben zwangsläufig Staupunkte und -linien auf der
Werkstückoberfläche - dadurch ungleichmäßige Abkühlung.
(Letzteres ist aber bei jedem Abschreckverfahren so)
Die (eine der) Idee(n) der Düsenfeldabschreckung ist, während des
Abschreckvorgangs die Oberflächentemperatur pyrometrisch zu beobachten
sowie die Geometrie des Werkstücks kontinuierlich zu vermessen und die
Meßdaten auf die Ansteuerventile für die einzelnen Gasdüsen
rückzukoppeln, um durch eine gezielte Abkühlung (Steuerung der
Anströmgeschwindigkeit und Gamenge) einen gewünschten gleichmäßigen
und verzugsarmen Härtungsverlauf zu erzielen.
Man muß sich klar machen, daß die Austenit-Martensit-Umwandlung beim
Härten mit einer Dichteänderung des Gefüges verbunden ist - dadurch
entstehen bei der Härtung lokal sehr hohe Spannungen im Werkstoff, die
u. U. plastische Verformungen mit der Folge von Härteverzug oder gar
Härtungsrissen verursachen; zugleich ändert sich die Werkstoffdichte
auch noch durch die thermische Dehnung (bzw. Schrumpfung). Durch
letzteres bekommt man während des Härtens hohe Zugspannungen im
Außenbereich des Werkstücks, während sich im Innern Druckspannungen
aufbauen, die den Zugspannungen das Gleichgewicht halten.
Beide Spannungsarten werden zunächst durch plastische Deformation ein
wenig abgebaut. Das führt im Idealfall dazu, daß sich die
Spannungsverhältnisse nach der Abkühlung umkehren: nun weist der
Werkstoffkern Zugspannungen auf, die zu (erwünschten)
Druckspannungszuständen in der harten Randschicht führen (kann aber
bei konkaven Oberflächenbereichen auch wieder etwas anders aussehen -
es gibt inzwischen einige FEM-Programme, mit denen man
thermomechanische Zustände bei Gefügeumwandlungen simulieren kann -
DEFORM-HT z. B.). Nur überlagert sich diesem gleichmäßigen,
"unvermeidlichen" und durchaus erwünschten Verzug auch noch ein
umregelmäßiger Verzugsanteil, der auf die lokal unterschiedlichen
Umwandlungsgeschwindigkeiten bspw. aufgrund von Werkstoff- und
Temperaturinhomogenitäten zurückzuführen ist, sowie teilweise
bleibende Mikroeigenspannungen an Korngrenzen - diese Effekte führen
unglücklicherweise dazu, daß Wellen krumm und Ringe unrund werden
usw., und das ist leider teuer, weil es oft Hartbearbeitung erfordert.
Daher wird durchaus darüber nachgedacht, gar nicht erst die
Prozeßschritte Weichbearbeitung - Härten - Hart(nach)bearbeitung
vorzusehen, sondern gleich "aus dem Vollen" zu schnitzen, also das
Halbzeugstück oder Schmiedeteil unbearbeitet durchzuhärten und
anschließend das gehärtete Werkstück form- und oberflächengebend
spanend zu bearbeiten. Zwar werden die Bearbeitungsmaschinen dabei
stärker beansprucht und die Schneidwerkzeuge ziemlich stark
verschlissen, aber es werden auch zwei komplette zeitaufwendige
Prozeßschritte (Glühbehandlung, bspw. GKZ-Glühen, und
Weichbearbeitung) eingespart. Und hartbearbeitet muß sowieso werden
...
Das wird durch Präzisionsschmiedeverfahren (Werkstückgewicht,
Umformtemperatur und -kraft) mit angeschlossenem Härten "in einer
Hitze" natürlich sehr unterstützt - ich glaube, in Hannover und
Chemnitz wird daran gearbeitet. (Schmieden ist übrigens teuer und wird
bei Kleinteilen gerne vermieden. Da kann man dann auch ganz gut die
Formen spanabhebend aus Halbzeugabschnitten grob herausarbeiten (z. B.
Ringe von Rohren abstechen) - die Halbzeugstangen sind vom
Profilwalzen her ohnehin weichgeglüht und bearbeitbar.)
Wozu ist Schmieden eigentlich überhaupt gut? ;-)
Das Argument mit dem "Faserverlauf" und der Verfestigung überzeugt
mich nicht so richtig (letztere sollte ohnehin schon beim Profilwalzen
passiert sein, und Halbzeug aus hinreichend homogenisierten Schmelzen
sollte auch kaum Seigerungen und mithin keine "Fasern" aufweisen).
Gruß aus Bremen
Ralf
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