TY - THES

T1 - Optimierung eines Glühprozesses zur Perlitisierung von Stahlstäben aus dem Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 in großen Dimensionen

AU - Brandl, Dominik Christian

N1 - gesperrt bis 26-05-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Einsatzstähle werden für Bauteile herangezogen, deren Randschicht aufgekohlt und anschließend gehärtet wird. Es entsteht dadurch eine Kombination aus einer verschleißfesten Oberfläche und einem zähen Kern. Bei der Herstellung von Einsatzstählen als Halbzeug muss darauf geachtet werden, dass dieses eine geringe Härte besitzt, um bei der Verarbeitung eine gute Zerspanbarkeit aufzuweisen. Gefügetechnisch wird hierbei entweder ein Weichglühgefüge (Ferrit und Karbid) oder ein ferritisch/perlitisches Gefüge angestrebt. Ersteres kann durch eine Weichglühung erzielt werden. Letzteres durch eine Perlitisierungsglühung, bestehend aus Austenitisierung und isothermer Perlitisierung, welche direkt in den Herstellungsprozess integriert werden kann. Bei größer werdenden Bauteildimensionen gestaltet sich eine über den Querschnitt homogene Wärmebehandlung oftmals als schwierig. Vor allem kernnahe Bereiche weisen bedingt durch die geringere Umformung einen sehr großen Abstand von einzelnen Seigerungsbändern auf. Diese können bei einer nachfolgenden isothermen Perlitisierung zu einer unvollständigen Umwandlung von Austenit in Ferrit und Karbid führen. Um das Phasenumwandlungsverhalten dieser Zonen beschreiben zu können, wurden Seigerungszonen in einer von Buderus Edelstahl GmbH zur Verfügung gestellten Probe mittels Elektronenstrahl – Mikroanalyse (ESMA) auf ihre Zusammensetzung untersucht. Die Probe beinhaltet eine kritische Seigerungszeile, die einem Stahlstab großer Dimension aus dem Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 entnommen wurde. Mit Hilfe der erhobenen Daten wurden Versuchslegierungen erstellt, welche der Zusammensetzung dieser kritischen Seigerungszone nachempfunden sind. Das Umwandlungsverhalten dieser Legierungen wurde über Dilatometrie analysiert. Diese Versuchslegierungen besitzen ein deutlich trägeres Umwandlungsverhalten von Austenit in Ferrit und Karbid als die Ausgangslegierung. Daher sollte über die Temperaturführung einer gezielten Wärmebehandlungsvariation eine Möglichkeit zur Beschleunigung der Phasenumwandlung ermittelt werden. Einen vielversprechenden Ansatz lieferte hierfür eine Modifikation der Austenitisierungsbedingungen, über welche die Grenzfläche pro Volumseinheit (Grenzflächendichte) erhöht werden kann. Diese beeinflusst die Geschwindigkeit von diffusionsgesteuerten Umwandlungen über heterogene Keimbildung wesentlich. Abschließend wurden die gewonnenen Erkenntnisse über das Umwandlungsverhalten in Labormaßstäben durch einen kleintechnischen Versuch auf ihre Umsetzbarkeit für größere Bauteildimensionen in der Industrie überprüft.

AB - Einsatzstähle werden für Bauteile herangezogen, deren Randschicht aufgekohlt und anschließend gehärtet wird. Es entsteht dadurch eine Kombination aus einer verschleißfesten Oberfläche und einem zähen Kern. Bei der Herstellung von Einsatzstählen als Halbzeug muss darauf geachtet werden, dass dieses eine geringe Härte besitzt, um bei der Verarbeitung eine gute Zerspanbarkeit aufzuweisen. Gefügetechnisch wird hierbei entweder ein Weichglühgefüge (Ferrit und Karbid) oder ein ferritisch/perlitisches Gefüge angestrebt. Ersteres kann durch eine Weichglühung erzielt werden. Letzteres durch eine Perlitisierungsglühung, bestehend aus Austenitisierung und isothermer Perlitisierung, welche direkt in den Herstellungsprozess integriert werden kann. Bei größer werdenden Bauteildimensionen gestaltet sich eine über den Querschnitt homogene Wärmebehandlung oftmals als schwierig. Vor allem kernnahe Bereiche weisen bedingt durch die geringere Umformung einen sehr großen Abstand von einzelnen Seigerungsbändern auf. Diese können bei einer nachfolgenden isothermen Perlitisierung zu einer unvollständigen Umwandlung von Austenit in Ferrit und Karbid führen. Um das Phasenumwandlungsverhalten dieser Zonen beschreiben zu können, wurden Seigerungszonen in einer von Buderus Edelstahl GmbH zur Verfügung gestellten Probe mittels Elektronenstrahl – Mikroanalyse (ESMA) auf ihre Zusammensetzung untersucht. Die Probe beinhaltet eine kritische Seigerungszeile, die einem Stahlstab großer Dimension aus dem Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 entnommen wurde. Mit Hilfe der erhobenen Daten wurden Versuchslegierungen erstellt, welche der Zusammensetzung dieser kritischen Seigerungszone nachempfunden sind. Das Umwandlungsverhalten dieser Legierungen wurde über Dilatometrie analysiert. Diese Versuchslegierungen besitzen ein deutlich trägeres Umwandlungsverhalten von Austenit in Ferrit und Karbid als die Ausgangslegierung. Daher sollte über die Temperaturführung einer gezielten Wärmebehandlungsvariation eine Möglichkeit zur Beschleunigung der Phasenumwandlung ermittelt werden. Einen vielversprechenden Ansatz lieferte hierfür eine Modifikation der Austenitisierungsbedingungen, über welche die Grenzfläche pro Volumseinheit (Grenzflächendichte) erhöht werden kann. Diese beeinflusst die Geschwindigkeit von diffusionsgesteuerten Umwandlungen über heterogene Keimbildung wesentlich. Abschließend wurden die gewonnenen Erkenntnisse über das Umwandlungsverhalten in Labormaßstäben durch einen kleintechnischen Versuch auf ihre Umsetzbarkeit für größere Bauteildimensionen in der Industrie überprüft.

KW - Perlitisierung

KW - 18CrNiMo7-6

KW - Perlit

KW - globularer Perlit

KW - isotherme Perlitisierungsglühung

KW - große Dimensionen

KW - Seigerungen

KW - Wärmebehandlung

KW - Einsatzstähle

KW - pearlitisation

KW - 18CrNiMo7-6

KW - pearlite

KW - globular pearlite

KW - isothermal pearlitisation

KW - large dimensions

KW - segregation

KW - heat treatment

KW - case hardening steel

M3 - Diplomarbeit

ER -