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