Fertigungstechnik 2.Jahrgang Neuer Lehrplan2012

FETmanufacturing technologyHTBL u. VA St.Plten2. JahrgangDI Johann Wiedlack

erstellt von: DI Johann Wiedlack*III.5.2 Zweistoffsysteme (binre Legierungen)Zwei- oder Mehrstoffsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass neben dem Hauptelement weitere Elemente zugemischt sind. Diese Zusatzelemente (Legierungselemente) haben Einfluss auf die Ausbildung der Phasen und damit auf die Eigenschaften der Werkstoffe.

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erstellt von: DI Johann Wiedlack*III.5.2 Binary systems (binary alloys)It is significant for binary or multiple systems that apart from the main element other elements are alloyed. These additional or alloy elements have influence on building of the phases and hereby on the properties of the materials.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Einteilung nach der Interaktion der Elemente(aufeinander bezogenes Handeln)Zwei- (Mehr-) StoffsystemeAtome sind untereinander lslich im festen ZustandMischkristalle: , , ,...Atome sind untereinander unlslich im festen ZustandReinstoffe: A, B,...vollstndigeLslichkeitteilweiseLslichkeit


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Classification according to the interaction of the elements

Binary (multiple) systemsSolid solubility of atoms among eachotherMixed crystals: , , ,...No solid solubility among eachotherPure materials: A, B,...fullsolubilitypartialsolubility


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Phase rule for multiple systemsf = n p + 1under atmospheric pressure

f degree of freedom (temperature, concentration)n componentsp phasese.g.: n = 1 (pure metal), p = 2 (M + crystals) -> f = 0 (arrest point


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Abkhlungskurven verschiedener StoffeT[C]t[s]Reines MetallAmorpher StoffLegierungSchmelzeKristalle (fest)Schmelze + KristalleSchmelze wird immer zhflssigerSchmelzeKristalle (fest)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Cooling curves of various materialsT[C]t[s]Pure metalAmorphous materialalloymeltingcrystals (solid)melting + crystalsMelting gets thicker and viscousmeltingcrystals (solid)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Vollkommene Lslichkeit im festen Zustand (S )T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L4SS + SoliduslinieLiquiduslinieL1L2L3L4


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Full solid solubility (S )T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L4MM + Solidus lineLiquidus lineL1L2L3L4


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Cu-Ni0%20%40%60%80%100%CuNiNi%MM + Solidus line800100012001400T[C]160010831452e.g.:25%Ni for 1ATSLiquidus line


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Mengenberechnung in PhasendiagrammenGrundstze:In Einphasenrumen (S, , , , , ...) ist keine Berechnung notwendig. Die betreffende Phase hat einen Anteil von 100%.Die Mengenverhltnisse in Zweiphasenrume (S+, S+, +, +E, +E,...) knnen anhand der Lngenverhltnisse isothermer Linien berechnet werden.Die Mengen sind dabei umgekehrt proportional zu den Abstnden von der Legierungslinie zur Phasen-Begrenzungslinie Metallurgisches Hebelgesetz.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Calculation of proportions in phase diagramsprinciples:In single-phase systems (M, , , , , ...) no calculation is necessary. The respective phase has a proportion of 100%.The proportions in binary systems (M+, M+, +, +E, +E,...) can be calculated according to the longitudinal proportions along isotherms.The amounts are inverse proportional to the distances of the alloy line to the phase border line metallurgic lever principle.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Metallurgic lever principle0%20%40%60%80%100%XYY%LxMM + Solidus lineLiquidus line= a+b= b= aM =a/(a+b) *100 [%] =b/(a+b) *100 [%]ab


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Lever principleA M a b

A x a = M x b A + M = 100 %

M = a / (a + b) x 100 % A = b / (a + b) x 100 %


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Solidification process0%20%40%60%80%100%XY%LxMM + Solidus lineYLiquidus lineMS


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Full solid insolubility (M A+B)T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L5MSolidus lineLiquidus lineL1L2L3L5C[%]BL4L4Y+MX+MX+EX+YEE+YE ...Eutectic point


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Bi-Cd0%20%40%60%80%100%BiCdCd%MCd+MBi+MBi+EEE+CdPrimary crystalsT[C]144271321


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Solidification process0%20%40%60%80%100%XYCd%MM+YX+MX+EEE+YT[C]LxSXXXXSXXXXEE=Xsmall+Ysmall


erstellt von: DI Johann Wiedlack*EutektikumE....Eutektikum: Das Feingebaute

Vorteile von Legierungen mit eutektischer Zusammensetzung: Geringe Energiekosten beim Erschmelzen (niedrigster Schmelzpunkt)Hohe Festigkeit (Hrte)Hohe Verformbarkeit (Bruchdehnung)Hohe Zhigkeit (z.B.: Schlagzhigkeit)

Auf Grund dieser Vorteile finden eutektische Legierungen als Gusswerkstoffe eine sehr weite Verbreitung.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*EutecticE....Eutectic: fine composed

Advantages of alloys with eutectic composit ion: low energy costs for melting(lowest melting point)high strength (hardness)high ductility (breaking elongation)high toughness (e.g.: impact strength)

Due to these advantages eutectic alloys are widely used as casting materials


erstellt von: DI Johann Wiedlack*example:Given:MpC = 760CMpD = 920C

Ges.: L70


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Partial solid solubility (eutectic) (M +)T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L5MSolidus lineLiquidus lineL1L2L3L5C[%]BL4L4M+EE ...Eutectic pointM+++EE+


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Al-Si0%20%40%60%80%100%AlSiMLiquidus lineM+M++400T[C]1000600800120014001414C660C577C1,65%12,5%?


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Solidification process0%20%40%60%80%100%XYY%MSolidus lineLxM+EM+++EE+SSEE= Klein+ Klein


erstellt von: DI Johann Wiedlack*example:Given:MpF = 870CMpG = 680C

solubility G in : at 470C:25% at 0C: 15%solubility F in : at 470C:15% at 0C: 10%


erstellt von: DI Johann Wiedlack*C[%]BPartial solid solubility (peritectic) (M+ )T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L4L6MSolidus lineLiquidus lineL1L2L3L5L5L4M+PE ...peritectic pointM++L3L6


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Pt-Ag (Platin-Silver)0%20%40%60%80%100%PtAgY%MM+M++600T[C]12008001000140016001773C12%45%69%960C1185C


erstellt von: DI Johann Wiedlack*MSolidification process0%20%40%60%80%100%XYY%LxMSolidus lineM+PM++Liquidus lineP...Peritectic:buildt aroundMM MTransition at constant temperatureDuring peritectic crystallisation


erstellt von: DI Johann Wiedlack*example:Given:MpJ = 980CMpK = 440C

solubility K in : at 720C:20% at 0C: 10%solubility J in M : at 720C:40% solubility J in : at 0C:50%


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Eutektoide Umwandlung im festen Zustand (A)+(B)T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L5SoliduslinieSoliduslinieL1L2L3L5L4L4+EE ...Eutektischer Punkt+++EE+[%]BC


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Eutectoid transformation in solid state (A)+(B)T[C]t[s]0%20%40%60%80%100%XYY%L1L2L3L5SoliduslinieSoliduslinieL1L2L3L5L4L4+EE ...Eutektischer Punkt+++EE+[%]BC


erstellt von: DI Johann Wiedlack*The eutectoid transformation equals fully the eutectic transformation, except that the starting phase is a mixed crystal and not a melting.

e.g.: Fe-Fe3C


erstellt von: DI Johann Wiedlack* Eisen-Kohlenstoff-LegierungenIn Eisen-Kohlenstoff-Legierungen liegt der in den Kristallgittern nicht mehr lsbare Kohlenstoff entweder als stabile Phase in Form von Graphit (C) oder als metastabile Verbindungsphase in Form von Zementit (Fe3C) vor. Man unterschiedet dementsprechend zwei verschiedene Erstarrungsformen von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen und dementsprechend zwei verschiedene Zustandsdiagramme:Erstarrungsformen von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen:


erstellt von: DI Johann Wiedlack* Iron-Carbon AlloysIn iron-carbon alloys the carbon which is not soluble in the crystal lattice appears either as graphite (C) in the stable phase or as cementite (Fe3C) in the metastable phase. Hence two different forms of solidification of iron-carbon alloys are distinguished and also two different phase diagrams:Solidification forms of iron-carbon alloys:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Zustandsdiagramm Fe-Fe3C (metastabiles System):

Im metastabilen System ist der im Kristallgitter des -, - oder -Eisens nicht mehr lsbare Kohlenstoff in Form von Zementit (Fe3C) chemisch an das Eisen gebunden. Zementit ist thermisch weniger stabil als Graphit und zerfllt beim Glhen bei hheren Temperaturen in Eisen und Graphit. Derartige, ber einige Zeit bestndige Phasen, bezeichnet man als metastabil (meta, griech.: zwischen, d.h. zwischen dem stabilen und dem instabilen Zustand). Hat sich bei der Erstarrung einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung Zementit (Fe3C) gebildet, dann zerfllt er unter gewhnlichen Bedingungen jedoch nicht mehr. Erst eine lange Glhdauer (abhngig von Kohlenstoffgehalt und Glhtemperatur) kann zu einem Zerfall des Zementits fhren. Die metastabile Erstarrung wird begnstigt durch eine rasche Abkhlung und die Anwesenheit erhhter Gehalte an carbidbildenden Elementen (z.B. Mangan).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Phase diagram Fe-Fe3C (metastable system):

In the metastable system the carbon which is not soluble in the crystal lattice of -, - oder -iron is chemically bound to iron in the form of cementite (Fe3C). Cementite is less thermally stable than graphite and dissolves to iron and graphite at higher temperatures during annealing. Such phases which are stable during a certain time are called metastable (meta, greek: between, i.e. between the stable and unstable phase). When cementite (Fe3C) has been buildt during solidification of an iron-carbon alloy it does not further dissolve under normal conditions. Only long time annealing (depending on C-content and annealing time) can lead to dissolution of cementite. The metastable solidification is supported by quick cooling down and presence of higher contents of carbide-building elements (e.g. manganese).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Zustandsdiagramm Fe-C (stabiles System):

Im stabilen System liegt der nicht mehr im Kristallgitter lsbare Kohlenstoff in Form von Graphit (C) vor. Das stabile System bildet sich bei langsamer Abkhlung und erhhtem Gehalt an carbidzerlegenden Elementen (z.B. Silicium).Das metastabile (Fe-Fe3C) und das stabile (Fe-C) Zustandsdiagramm unterscheiden sich hinsichtlich der Lage der Phasengebiete und Phasengrenzen nur geringfgig voneinander. Da die im Rahmen des Unterrichtes zu behandelnden Sthle nach dem metastabilen System erstarren, sollen sich die nachfolgenden Ausfhrungen auf dieses System (Fe-Fe3C) beschrnken.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Phase diagram Fe-C (stable system):

In the stable system the carbon which is not soluble in the crystal lattice appears in the form of graphite (C). The stable system is buildt under slow cooling down and higher contents of carbide-dissolving elements (e.g. silicon).The metastable (Fe-Fe3C) and the stable (Fe-C) phase diagrams differ only slightly according to position of phase areas and phase boundaries. As the types of steel which are dealt with in our lessons solidify according to the metastable system, the following explanations are restricted to this system (Fe-Fe3C).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Full lines: metastable iron-carbon diagramDashed lines: stabie iron-carbon diagramdifference: stable - metastable


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Gefge im System Fe-Fe3CDie verschiedenen Gefge bestehen bei Raumtemperatur ausschlielich aus den beiden Grundkomponenten Ferrit und Zementit. Die Variation besteht ausschlielich in der unterschiedlichen Anordnung der Gefgebestandteile zueinander. Die Farbe beider Grundkomponenten ist wei, wobei der Zementit das Licht etwas strker (heller) reflektiert. Die "dunklen Gefgebestandteile" ergeben sich erst aus der Schattenwirkung bedingt durch Hhenunterschiede nach dem tzen.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Lattice in the Fe-Fe3C systemAt room temperature the various lattices only consist of the basic components Ferrite and Cementite. The variations are buildt solely by different arangements of the lattice components. Under the microscope the colour of both components is whitish, the cementite reflecting the light more, thus appearing brighter. The "darker components" result from shade effects caused by height differences through etching.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Homogene Gefge-Fe, Ferrit:Im reinen Fe-Fe3C-Diagramm kommt der -Ferrit zwischen dem Schmelzpunkt und dem A4-Punkt vor. Durch das Abkhlen wird er vollstndig umgewandelt. Er ist daher bei Raumtemperatur nicht zu finden. Das Aussehen entspricht prinzipiell dem des -Fe.In legierten Sthlen (z.B.: Ferritische Chromsthle) kann der Ferrit stabilisiert werden wodurch es zu einer Bestndigkeit des -Ferrits bis zur Raumtemperatur kommen kann. Die Krner knnen dann sehr gro sein.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Homogenous Lattice-Fe, ferrite:In the basic Fe-Fe3C-diagram ferrite appears between the melting point and the A4-point. Through cooling down it is totally transformed. At room temperature it cannot be traced. The appearance is the same as -Fe.In alloyed steel (e.g.: ferritic chromium steel) -ferrite can be stabilized down to room temperature. In that case the grains can be quite large.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, ferrite:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, Austenit: Im System Fe-Fe3C stellt diese Phase den grten Gefgebereich dar. Fast alle Wrmebehandlungen sowie nahezu alle Warmformgebungen (Walzen, Schmieden, Pressen) werden in diesem Bereich durchgefhrt.Grnde fr die Warmformgebung in diesem Bereich:1.) geringerer Verformungswiderstand bei den hohen Temperaturen2.) Hohe Plastizitt des kubisch-flchenzentrierten Gitters (Versetzungsbewegung)3.) Dynamische Rekristallisation (Ausheilen von Versetzungen)Durch das Abkhlen wird der Austenit vollstndig umgewandelt. Er ist daher bei Raumtemperatur nicht zu finden. Die Farbe entspricht prinzipiell dem des -Fe. Im Gefge sind jedoch typische (parallele) Zwillingskorngrenzen zu finden.Bei legierten Sthlen kann dieses Gefge auch bis zur Raumtemperatur erhalten bleiben (z.B.: Austenitische Cr-Ni- und Cr-Mn-Sthle, Invar-Legierung: 36% Ni).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, austenite: In the system Fe-Fe3C this phase takes the largest lattice area. Nearly all heat treatments and nearly all hot forming (rolling, forging, pressing) is carried out in that area.Reasons for hot forming in that area:1.) low reforming resistance at high temperatures2.) high plasticity of the body-centered cubic lattice (dislocation)3.) dynamic recrystallization (healing of dislocations)During (slow) cooling down the austenite is fullytransformed. At room temperature it cannot be traced any longer. The colour principally resembles that of -Fe. In the lattice typical (parallel) twin grain boundaries can be found.In alloyed steel this lattice can be preserved down to room temperature (e.g. austenitic Cr-Ni- or Cr-Mn-steel, (Invar-alloy 36 % Ni)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, austenite:Twin grain boundaries


erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, FerritFerrit kann bei niedrigen Temperaturen nur wenig Kohlenstoff lsen. Reiner Ferrit ist daher nur in technisch reinem Eisen sowie in einigen speziellen Legierungen (z.B.: Ferritische Chromsthle) zu finden (siehe auch -Ferrit). Der Ferrit stellt jedoch einen wichtigen Gefgebestandteil in fast allen Sthlen (

erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, ferriteAt low temperatures ferrite can only solve little carbon. Therefore pure ferrite can only be found in technologically pure iron and in special alloys (e.g.: ferritic chromium steel, see also -ferrite). Ferrite though is an important lattice component in nearly all types of steel (

erstellt von: DI Johann Wiedlack*-Fe, ferrite


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Fe3C, Zementit:Fe3C, Zementit oder Eisenkarbid ist eine chemische Verbindung und kann in Analogie zu den Inter- ( = zwischen) metallischen Verbindungen gesehen werden.Primres Fe3C entsteht direkt aus der Schmelze und bildet eine spieige / nadelige Form. Reiner Zementit findet sich nur bei 6,67% Kohlenstoff, eine Zusammensetzung die technisch keine Bedeutung hat. Der Zementit stellt jedoch wie der Ferrit einen wichtigen Gefgebestandteil in fast allen Sthlen dar. Dabei handelt es sich dann jedoch nicht um primren Zementit. Primrer Zementit ist nur in weiem Gusseisen zu finden. Die Farbe des Zementits bei Raumtemperatur ist ein hartes wei.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Fe3C, cementite:Fe3C, cementite or iron carbide is a chemical composition and can be seen analogously to the intermetallic ( = between) compositions.Primary Fe3C is buildt directly from the melting and forms a spiky, needle-like shape. Pure cementite is found only at 6,67% carbon, a composition which has no technologic importance. Cementite, like ferrite is an important component in nearly all types of steel. This is no primary cementite, though. Primary cementite can only be found in white cast iron. The colour of cementite at room temperature is a hard white.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Fe3C, cementite:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*weitere Formen des Zementits :Neben dem Primren Zementit gibt es folgende weitere Formen:Zementit im Ledeburit: Entstehung bei der eutektischen Erstarrung aus der SchmelzeSekundrer Zementit: Ausscheidung aus dem Austenit oberhalb 723 C. Der Sek. Zementit findet sich bevorzugt an den Korngrenzen.Zementit im Perlit: Entstehung bei der eutektoiden Umwandlung aus dem AustenitTertirer Zementit: Ausscheidung aus dem Ferrit unterhalb 723 C. Der Tert. Zementit findet sich bevorzugt an den Korngrenzen.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Other forms of cementite:

Apart from primary cementite there are other forms:

cementite in ledeburite: buildt during eutectic solidification from the meltingsecondary cementite: segregation from austenite above 723 C, it is found preferably at grain boundaries cementite in perlite: is buildt during eutectoid transformation from austenitetertiary cementite: segregation from ferrite below 723 C, it is found preferably at grain boundaries


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Heterogene GefgeDiese Gefge sind aus zumindest zwei verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt. Im Mikroskop weisen diese Krner eine strukturierte Oberflche auf.PerlitEin Gefge mit 100% Perlit findet man bei einem C-Gehalt von 0,8 Gew. %. Es ist das Ergebnis der eutektoiden Umwandlung von Austenit (-Fe) in Ferrit und Zementit. Der Perlit besteht aus einem bestimmten (fixen) Verhltnis von Ferrit zu Fe3C welche plattenfrmig zueinander angeordnet sind. Im Schliffbild ergibt sich daraus, nach dem tzen, die typische lamellenartige, feinstreifige Struktur.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Heterogenous CompositionHere the lattice is composed of at least two different components. In the microscope these grains show a structured surface.PerliteA structure of 100% perlite is found at a C-content of 0,8 % weight. It is the result of eutectoid transformation of austenite (-Fe) to ferrite and cementite. Perlite consists of a fixed ratio of ferrite and Fe3C which are arranged platelike to eachother. In the micrograph the typical lamella-shape, fine striped structure is shown after etching.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*PerlitObwohl beide Phasen (Ferrit und Zementit) hell (wei) sind, sieht man abwechselnd dunkle und helle Streifen. Dies resultiert aus dem Relief nach dem tzen. Der (elektrochemisch) unedlerer Ferrit wird verstrkt abgetragen. Die Zementitlamellen bleiben dazwischen stehen. Durch den Schattenwurf im Mikroskop ergeben sich dann die dunklen Streifen.

Wie man sieht besteht der Perlit aus wesentlich mehr Ferrit als Zementit.ZementitFerrit


erstellt von: DI Johann Wiedlack*PerliteAlthough both phases (ferrite and cementite) are bright (white), alternatively bright and dark stripes are shown. This results from the relief after etching. The (electrochemically) inferior ferrite is removed more. The cementite lamellas remain higher between. In the microscope the shades of these result in dark stripes.

As can be seen perlite consists of much more ferrite than cementite.cementiteferrite


erstellt von: DI Johann Wiedlack*LedeburitEin Gefge mit 100% Ledeburit findet man bei einem C-Gehalt von 4,3 Gew. %. Es ist das Ergebnis der eutektischen Umwandlung der Schmelze in Austenit (-Fe) und Zementit. Erst durch die weitere Abkhlung wandelt sich der Austenit in Ferrit + Zementit um. Der Ledeburit (bei RT) besteht ebenfalls aus einem bestimmten (fixen) Verhltnis von Ferrit und Fe3C. Im Schliffbild zeigt sich nach dem tzen, eine typische leopardenfellartige Struktur (Fadeneutektikum), Die weien Flchen bestehen aus reinem Zementit. Die dunklen Punkte sind aus dem Austenit entstanden und besitzen perlitische Struktur.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*LedeburiteA composition with100% ledeburite is found at a C-content of 4,3 % (weight). It results from the eutectic transformation of the melting into austenite (-Fe) and cementite. Only by further cooling down austenite is transformed into ferrite + cementite. Ledeburite (at RT) also consists of a fixed relation of ferrite and Fe3C. After etching the micrograph shows a typical structure like a leopard coat (filament eutectic). The white areas are pure cementite. The dark spots originate from austenite and have perlitic structure.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Ledeburite


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Diese Gefgeanordnung (bei der Erstarrung umschliet der Zementit den Austenit) ist auch der Grund fr die hohe Hrte und die hohe Sprdigkeit dieses Gefges (weies Gusseisen). Eine wichtige Ausnahme dazu bilden Sthle mit hohen Chrom-Gehalten (Kaltarbeitssthle). Diese erstarren ebenfalls teilweise ledeburitisch. Dort handelt es sich aber um ein ternres Eutektikum mit einer lamellenfrmigen Anordnung der Karbide, wodurch diese Sthle verformbar und relativ zh sind.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*This texture (during solidification cementite encloses austenite) is the reason for its high hardness and brittleness (white cast iron). An important exemption to that are types of steel with high chromium content (cold work steel). These also solidify partially ledeburitic. But this is a ternary eutectic with lamella shaped arrangement of the carbides, which makes thes types of steel ductile and relatively tenacious.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*MischgefgeJe nach C-Gehalt und Temperatur besteht das Gefge einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus einer Mischung homogener und/oder heterogener Gefgebestandteile.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Mixed structureAccording to C-content and temperature the structure of an iron-carbon alloy may consist of a mixture of homogenous and/or heterogenous structural components.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*alloy with 0,1% CPerlite


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Alloy with 3% C


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Sek. ZementitStructure distribution (diagram of quantities)FerritPerlit

Prim. ZementitLedeburit0%100%82%0,8%2,06%4,3%6,67%


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Umwandlungskinetik(Grundlagen der martensitischen Hrtung)Die Vorgnge bei der Austenitumwandlung knnen aus dem Eisen-Kohlenstoff-Schaubild nicht herausgelesen werden, wenn sie nicht bei sehr langsamer Temperaturnderung (1C pro Minute) erfolgen. Bei hheren Abkhlgeschwindigkeiten kommt es zu Einflssen durch die Umwandlungskinetik (= Umwandlungsgeschwindigkeit) :Die Ausscheidung einer Phase aus einer anderen wird feiner (viele kleine statt wenige groe Kristalle/Krner), oder kann ganz unterdrckt werden (bersttigung der Lslichkeit einer Phase).

2. Der Bereich der rein eutektischen und eutektoiden Umwandlung beschrnkt sich nicht mehr auf die exakte eutektische / eutektoide Zusammensetzung, sondern wird erweitert. Diese Erweiterung ist umso grer je grer die Abkhlgeschwindigkeit ist.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Kinetics of transformation(basics ofmartensitic hardening)The processes of transformation of martensite cannot be seen in the iron-carbon diagram unless they take place at a very slow cooling rate (1C per minute). At higher cooling rates they are influenced by the kinetics of conversion (= velocity of conversion) :The segregation of a phase from an other is getting finer (many small instead of few big crystals/grains), or can be fully suppressed (oversaturation of solubility of a phase).

2. The region of the pure eutectic/eutectoid conversion is no longer restricted to the exact eutectic/eutectoid composition but is extended. This extension is the larger the higher the cooling rate.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*3. Die Phasengrenzlinien verschieben sich scheinbar bei der Abkhlung nach unten und bei der Erwrmung nach oben. Das heit, die Umwandlungen finden "spter" statt.Zustzlich kommt es im System Fe -Fe3C zur:4. Ausbildung neuer Strukturen: Bainit = Zwischenstufe bzw. einer vllig neuen Phase: tetragonaler Martensit mit einer speziellen Umwandlungskinetik.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*3. The phase-borderlines are fictitiously shifted downwards when cooling down and upwards when heating up . This means the conversions take place later".Additionally in the system Fe -Fe3C the following will happen:4. Composition of new structures: bainite = intermediate structure or a completely new phase: tetragonal martensite with a special form of conversion kinetics.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*zu 3. :


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Diffusion:Ursache all dieser Vorgnge ist die Diffusion der Atome im Kristallgitter (in der Schmelze). Die Diffusion ist die wichtigste Form der Bewegung von Atomen im Kristallgitter (z. T. auch in der Schmelze). Sie bewirkt:1. Den Ausgleich der Konzentrationen im Einphasenraum (mglichst gleiche Verteilung der Elemente)2. Die Entmischung bei der Umwandlung von einem Einphasenraum in einen Zwei- (oderMehr- ) phasenraum (sowohl bei der Ausscheidung einer Phase als auch bei der eutektischen / eutektoiden Umwandlung)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Diffusion:Reason for all these procedures is diffusion of atoms in the crystal lattice (or in the melting). Diffusion is the most important form of motion of atoms in the crystal lattice (and partly also in the melting). It causes:1. Balance of concentrations in the single phase area (best possible balanced distribution of all elements)2. Decomposition during conversion of a single phase area into a double- (or multi- ) phase area (as well during segregation of one phase as during eutectic / eutectoid conversion)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Die Diffusion als Bewegung von Atomen (=Masse) bentigt jedoch Zeit. Weiters wird ihre (Diffusions-) Geschwindigkeit umso geringer je geringer die Temperatur ist. Bei raschen Temperaturnderungen hinkt die Atombewegung daher dem Gleichgewichtszustand hinterher (bei der Abkhlung mehr als bei der Erwrmung). Bei der Erstarrung fhrt dies zu den Kristallseigerungen. Bei den Umwandlungen im festen Zustand fhrt es zu unterschiedlichen Korngren und Ausbildungsformen der Gefge.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Diffusion as motion of atoms (=mass) takes time. Moreover its (diffusion-)velocity is the lower the lower the temperature is. At quick temperature changes the atomic motion is therefore behind the state of equilibrium (more during cooling down than when heating up). During solidification this leads to crystal segregations. During conversions in solid state it leads to different grain sizes and compositions of the lattice.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild(ZTU-Schaubild)Deswegen werden (bis 600C/min) die verschiedenen Gefgeformen in Abhngigkeit von dem Abkhlverlauf fr jeweils einen Stahl in einemabgebildet.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Time-Temperature-Transformation diagram(TTT-diagram)Due to that the different types of lattice of one type of steel depending on the course of cooling down (up to 600C/min) are depicted in a


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Einteilung der ZTU-SchaubilderJe nach der Art der Abkhlung unterscheidet man:Kontinuierliche ZTU-SchaubilderIsotherme ZTU-Schaubilder


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Classification of TTT-diagramsAccording to type of cooling down it is distinguished between:continuous TTT-diagramsisothermal TTT-diagrams


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Kontinuierliche ZTU-SchaubilderDie Abkhlung erfolgt nach einem bestimmten vorgegebenen Abkhlungsverlauf. Die Diagramme knnen nur entlang dieser Kurven gelesen werden.Isotherme ZTU-SchaubilderDie Abkhlung erfolgt schnell von der Austenitisierungstemperatur bis zur Untersuchungstemperatur. Diese wird anschlieend bis zur vollstndigen Umwandlung konstant gehalten .


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Continuous TTT-diagramsCooling down follows certain defined cooling curves. The diagrams can only be read along these curves.Isothermal TTT-diagramsCooling is done quickly from austeniting temperature to examination temperature and then temperature is kept constant until full conversion .


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Continuous TTT-diagram C110 (1,1% C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Continuous TTT-diagramC40 (0,4% C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Isothermal TTT-diagramC40 (0,4% C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Continuous TTT-diagram42 CrMo4


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Continuous TTT-diagramX40CrMoV5-1


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Schematic description of heat treatments in the isothermal TTT- diagram for C60 (0,6% C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Inhalt von ZTU-SchaubildernStahlbezeichnung (nur fr diesen gltig)Achsen:Temperatur (C)Zeit (s log. Mastab)Umwandlungslinien:Abhngig von der Austenitisierungstemperaturchem. Zusammensetzung des StahlsAbkhlungslinienMenge des gebildeten GefgesHrte des Gefges am Ende der Abkhlungslinie


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Content of TTT-diagramsSteel classification (only valid for that)Axes:temperature (C)time (s log-scale)Conversion linesdepending on austeniting temperaturechem. composition of steelCooling linesAmount of buildt latticeHardness of lattice at the end of cooling line


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Technische Wrmebehandlung von Stahl Einteilung der Wrmebehandlungsverfahren WrmebehandlungsverfahrenThermischThermo-Chemisch Thermo-Mechanisch HrtenGlhenVergten


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Technological heat treating of steel Classification of heat treating processes Heat treating processesthermalthermo-chemical thermo-mechanical hardeningannealingtempering


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Ziel von WrmebehandlungenWrmebehandlungen haben das Ziel die technologischen Eigenschaften (Festigkeit, Hrte, Zhigkeit, Dehnung,...) fr den jeweiligen Verwendungszweck optimal einzustellen.Da sich die Anforderungen whrend der Herstellung ndern knnen bzw. der Herstellungsprozess selbst Vernderungen der Eigenschaften bewirken kann, sind auch mehrere, verschiedene Wrmebehandlung im Rahmen der Produktion eines Werkstckes mglich. Die Wrmebehandlung kann dabei das Vormaterial (z.B. einen ganzen Block), ein ganzes Werkstck (z.B. einen Frser) oder nur Teile eines Werkstckes z.B. die Zahnflanken eines Zahnrades) umfassen.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Purpose of heat treatmentsHeat treatments aim at optimizing the technological features (strength, hardness, toughness, elongation,...) for the specific application.As the requirements can change during production or the production process itself can cause changes of the features, various and different heat treatments are possible in the course of the work piece production. This heat treatment can apply to the ingoing material (e.g. a whole block), to the complete work piece (e.g. a miller) or only to parts of the work piece (e.g. tooth faces of gears).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*WirtschaftlichkeitDa alle Wrmebehandlungen Energie verbrauchen und auch die Wrmebehandlungsanlagen Energie kosten, ist im Rahmen einer wirtschaftlichen Produktion die Anwendung und Durchfhrung von Wrmebehandlungen zu optimieren. Den Kosten fr die Wrmebehandlung sind Einsparungen bei der Werkstoffauswahl gegenberzustellen. Das bergeordnete Ziel von Wrmebehandlungen ist daher die Einstellung der geforderten technologischen Eigenschaften eines Werkstckes zu geringst mglichen Herstellkosten.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*EconomyAs all heat treatments consume energy and all heat treatment devices have high energy costs, application and conduct of heat treatments have to be optimized in the course of an economical production. The costs for heat treatments have to be set against savings in the material choice. The supreme target of heat treatments is the provision of the required technological features of the workpiece at the lowest possible costs.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*3. Ablauf von Wrmebehandlungen

Der Wrmebehandlungsvorgang besteht grundstzlich aus folgenden 3 Schritten:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*3. Process of heat treatment

The heat treatment generally consists of the following three steps: annealing holding - cooling


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Die Erwrmung kann dabei in einem Schritt oder (zum Temperaturausgleich) in Stufen erfolgen. Das Halten kann je nach dem Zweck der Behandlung unterschiedlich lange sein. Verbunden mit dem Halten kann eine chemische Vernderung der Oberflche (Thermo-Chemische Verfahren) erfolgen.Die Abkhlung kann je nach dem Zweck der Behandlung unterschiedlich rasch erfolgen (von einer langsamen Abkhlung im Ofen bis hin zum Abschrecken im Wasser). Mit der Abkhlung kann auch ein Umformvorgang verbunden sein (Thermo-MechanischeVerfahren).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Hereby heating can be carried out in one single step or (to equalize temperature) in more steps. Holding time can vary according to purpose of treatment. Combined with holding time can be a change of surface (thermo-chemical processes).According to purpose of treatment cooling can also differ in time (from slow cooling in an oven to quick quenching in water). Cooling can go together with a reforming process (thermo-mechanical processes).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*4. Wirkungsweise von Wrmebehandlungen auf das Gefge

Temperatureinfluss innerhalb eines Phasenraumes

Mit hheren Temperaturen werden die Bewegungen (Schwingungen) der Atome im Kristallgitter verstrkt. Dadurch werden alle Vorgnge die von Bewegungen der Atome innerhalb des Gitters abhngen beschleunigt. Das Bestreben der Materie ist es dabei immer seine innere Energie zu Vermindern und die innere Ordnung (Entropie) zu erhhen. z.B.:Ausgleich von chemischen Inhomogenitten (Kristallseigerungen) Abbau von Gitterfehlern wie: Zwischengitteratome [Erholung]Versetzungen (nach einer Verformung)[Erholung, Rekristallisation]Korn- und Phasengrenzen [Kornwachstum, Einformung der Karbide] Abbau von Spannungszustnden (durch den Abbau der Gitterfehler)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*4. Effects of heat treatments on the latticeInfluence of temperature in a phase space

With increasing temperature the motions (oscillations) of the atoms in the lattice increase. Hereby all processes are accelerated which depend on atom motions within the lattice. The material always strives to reduce its inner energy and to increase the state of inner order (entropy) e.g.:Balancing of chemical inhomogenities (crystal segregations) Reduction of lattice defects: interstitial atoms[recovery]dislocations (after reforming)[recovery, recrystalization]grain- and phase boundaries [grain growth, spheroidizing of carbides] Reduction of states of stress (by reduction of lattice defects)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*B) Temperatureinfluss mit PhasenumwandlungIst die Temperatursteigerung mit einer Phasennderung (oder nderung der Phasenzusammensetzung) verbunden so kommt es zu einer Neustrukturierung des Gefges. Bei dieser Art von Wrmebehandlungen spielt die Keimbildung eine wichtige Rolle. Es knnen folgende zwei Flle unterschieden werden: nderungen innerhalb eines Zweiphasenraumes bis hin zum Verschwinden einer Phase Dabei bleibt ein Teil des Gefges erhalten. z.B.: Lsungsglhen ( + Karbid )Vollstndige Umwandlung des gesamten Gefges. z.B.: Austenitisieren ()Normalerweise erfolgt bei der Abkhlung dann wieder eine Rckumwandlung.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*B) Influence of temperature with phase conversionWhen the rise of temperature coincides with a conversion of lattice (or conversion of lattice composition) a restructuring of the lattice will result. In this kind of heat treatment nucleation plays an important role. Two different cases can be discerned: changes within a phase space till the very disappearance of a phase here a part of the lattice remains, e.g.: solution annealing ( + carbide )full conversion of the whole lattice, e.g.: austeniting ()Normally during cooling a reformation takes place.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5. Thermische Verfahren5.1 Glhen


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5. Thermal processes5.1 Annealing


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.1 GrobkornglhenTemperatur: 150-200C ber GOS


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.1 coarse-grain annealingTemperature: 150-200C above GOS


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Dauer: lange (einige Stunden)Abkhlung: langsames Abkhlen im Ofen bis ca. 600 C (Gefge: grober Ferrit und grober Perlit) und dann an Luft Mechanismus: Beim Aufheizen kommt es durch die Umwandlung zuerst zu einer Kornfeinung. Das lange Halten im Austenitgebiet fhrt durch das Kornwachstum zu einer Vergrberung des Gefges. Durch die langsame Abkhlung wird ein grobes Gefge eingestellt.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*duration: long (several hours)cooling: slow cooling in furnace to ca. 600 C (lattice: coarse ferrite and coarse perlite) then in airmechanism: during heating the conversion causes grain refining. Holding the temperature long leads to coarsening of lattice by grain growth. By slow cooling a coarse lattice is adjusted.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*schematic procedure:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*application: In un- or low-alloyed case- hardening or tempering steel types the coarse grain leads to an improvement of chip removing maching. cause: fine-grain lattice is tougher.Transformer sheet (Si-alloyed low-carbon steel): by a special choice of reforming conditions and annealing atmosphere not only a coarse grain but also a special texture(=orientation of crystal lattice) is achieved. Hereby cyclic magnetization losses of transformers are reduced.atmosphere: usually protective gas


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Nachteile des Grobkornglhens:

Wegen der hohen Temperatur ist Grobkornglhen relativ teuer. Nachdem grobkorngeglhte Werkstoffe nicht nur niedrigere Festigkeit und Zhigkeit sondern auch niedrigere Hrtbarkeit aufweisen, wird das Verfahren selten angewandt. Wenn hhere Ansprche hinsichtlich Festigkeit und Zhigkeit an ein grobkorngeglhtes Werkstck gestellt werden, muss es nach der (spanabhebenden) Bearbeitung normalgeglht werden, was zustzliche Kosten verursacht. Normalglhen kann nur fr umformungsfhige Werkstoffe verwendet werden (z.B. unlegierte oder niedrig legierte Sthle).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Cons of coarse-grain annealing:

Due to the high temperature coarse-grain annealing is relativly expensive. As coarse-grain annealed materials also show lower strength and toughness and a distinctly lower hardenability the process is seldom applied. If high demands are made on a coarse-grain annealed work piece regarding strength and toughness the work piece has to be normalized after machining which causes additional costs. Normalizing can only be applied for conversible materials (e.g. un- or low-alloyed steel types).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.2 Rekristallisationsglhen

Temperatur: 450 -700 C (vom Verformungsgrad abhngig) keine -Umwandlung!


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.2 recrystallization annealing

temperature: 450 -700 C (depending on rate of deformation) no -conversion!


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Sinn und Zweck:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*purpose:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Dauer: kurz, (nur Durchwrmung) Abkhlung: raschunter Schutzgas: oft auch langsam in Durchlauf-Ofen (Band, Draht): sehr rasches Abkhlen mglich Mechanismus: Keine Phasenumwandlung! Es erfolgt eine Neubildung (Umkristallisation) des Gefges durch den Abbau von Versetzungen (Gitterfehler)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*duration: short (only heat penetration) cooling: quickunder protective gas: often slowly, tooin through-type furnace (strip, wire): very quick cooling possiblemechanism: no phase conversion! rebuilding (recrystallization) of lattice by decomposition of dislocations (lattice defects)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Schematischer Ablauf:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Besonderheiten:Dieses Verfahren ist das einzige Verfahren bei welchem ohne Phasennderung eine Gefgeneubildung (mit einer Kornfeinung) stattfindet. Die erzielbare Korngre ist dabei stark vom Verformungsgrad und der Glhtemperatur abhngig: Der kritische Verformungsgrad (je nach Kohlenstoffgehalt und Temperatur zwischen 8 und 20 %) ist jene Mindestverformung die notwendig ist damit es bei einer bestimmten Temperatur zur Rekristallisation kommt. Beim kritischen Verformungsgrad kommt es zudem zur Ausbildung eines sehr grobkrnigen Gefges. (unerwnscht !)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Special features:This process is the only one in which rebuilding of lattice (with grain refining) takes place without phase conversion. The achieveable grain size is strongly depending on grade of reforming and annealing temperature: The critical grade of deformation (according to C-content and temperature 8 to 20 %) is the minimum deformation which is necessary to provoke recrystallization at a certain temperature. At the critical grade of deformation a very coarse lattice is buildt. (undesirable!)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Anwendung: nach einer (starken) Kaltverformung (=Kaltverfestigung) Durch die Rekristallisationsglhung erhlt der Stahl die plastische Verformbarkeit wieder zurck. Weitere Verformungsschritte werden mglich. Kaltgewalztes Blech oder gezogener Draht knnen somit zu kleineren Dicken weiterverarbeitet werden. Kaltgewalztes Band wird so fr das Tiefziehen etwa zu Karosserieteilen in der Automobilindustrie vorbereitet. Atmosphre: Durch die geringe Temperatur ist kein Schutzgas notwendig. Bei Blechen, Bndern und Drhten wird jedoch meist mit Schutzgas gearbeitet ( blanke Oberflche)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*application: after (intensive) cold deformation (=cold work hardening) By recrystallization annealing the steel regains plastic formability . More deforming steps are possible. So cold rolled sheet material or drawn wire can be processed to lower thickness. This way cold rolled strip material is prepared for deep drawing (e.g. car body parts for automotive industry). atmosphere: due to low temperature no protective gas is necessary. Sheet, strip and wire material though is worked under protective gas ( clean surface)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Vor- und Nachteile des Rekristallisationglhens:Anstelle des Rekristallisationsglhens knnen die Folgen einer Kaltverfestigung auch durch das Normalglhen beseitigt werden. Gegenber dem Normalglhen bietet das Rekristallisationsglhen bei den Sthlen jedoch eine Reihe von Vorteilen:

Geringere Gefahr des Verzunderns der Oberflche, da bei niedrigeren Temperaturen geglht wird.Geringere Gefahr des Verzugs. 3.Eine Gefgeneubildung kann auch bei umwandlungsfreien Sthlen (z.B. hoch legierte austenitische oder ferritische Sthle) erreicht werden. Nachteil des Rekristallisationsglhens ist ein in der Regel grberes Korn des rekristallisierten Gefges im Vergleich zum Ausgangsgefge. Ist diese Kornvergrberung, die besonders bei geringen Verformungsgraden sehr ausgeprgt ist, unerwnscht, so sollte das Normalglhen angewandt werden.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Pros and cons of recrystallization annealing:Instead of recrystallization annealing the consequent effects of cold work hardening can also be cured by normalizing. For steel recrystallization annealing compared to normalizing has a number of cons :

Lower risk of scaling as annealing is carried out at lower temperature.Lower risk of distortion. 3.Reforming of lattice can be achieved even for non-converting steel (e.g. high alloyed austenitic or ferritic steel). Disadvantage of recrystallization annealing is regularly coarser grain of the recrystallized lattice compared to the initial lattice. When this coarsening of the grain which is pronounced at low grades of deformation, is undesirable, normalizing should be applied.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.3 Weichglhen

Temperatur: blich 20 -50 C unterhalb P-S-K,(auch ein kurzfristiges berschreiten vonP-S-K am Anfang ist mglich)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.3 soft annealing

temperature: usually 20 -50 C below P-S-K,(short-time exceeding of P-S-K possible at the beginning)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Dauer: lange (ca. 6 -10 Stunden) Abkhlung: meist: langsam (Vermeidung von Spannungen)

Mechanismus: Keine Phasenumwandlung! Die lamellenartige Struktur des Perlits stellt aufgrund der vielen Phasengrenzen (=Gitterfehler) eine energetisch ungnstige Struktur dar. Um diese (innere) Energie zu verringern brechen die Lamellen auf und formen sich zu kleinen Kugeln ein.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*duration: long (ca. 6 -10 hours) cooling: mostly slow (avoiding stresses)

mechanism: no phase conversion! the lamella-like structure of perlite is energetically an unfavourable structure due to many phase boundaries (=lattice defects). To reduce this (inner) energy the lamellas brake up and form tiny balls.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Anwendung: Fr un- und niedriglegierte Sthle mit0,25 -0,8 Gew. % C. 1. Zur Verbesserung der mechanischen Bearbeitbarkeit: Die harten Zementit- Lamellen sind nur sehr schwer mechanisch zu trennen (Schneiden, Drehen, Frsen,...). Die kleinen Kugeln bilden keine durchgehenden Widerstnde und fiihren damit zu geringeren Schnittkrften, hheren Werkzeugstandzeiten und besseren Schnittflchen.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*application: for un- and low alloyed steel types with0,25 -0,8 mass- % C. 1. to improve mechanical machinability: the hard cementite- lamellas are very hard to separate mechanically (sawing, turning, milling,...). The small balls are no continuous barriers and leads to lower cutting forces, higher tool life and better cutting surfaces.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Zur Verbesserung der Kaltumformbarkeit bei Kaltfliepresthlen und fr die Schraubenherstellung

3. Als Ausgangsgefge fr die Hrtung von Werkzeugsthlen (siehe auch: Pendelglhen)

Atmosphre: Am Vormaterial (Blcke, Brammen): meist ohne Schutzgas Bei endabmessungsnahen Teilen: oft mit Schutzgas


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. to improve cold formability forcold extrusion steel types and for screw production3. as initial lattice for hardening of tool steel (see also: cyclic annealing)atmosphere: for input stock (billets, slab ingots): mostly without protective gasfor near net shape parts: often with protective gas


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.4 PendelglhenTemperatur: um P-S-K (ca. 720 C) z.B.: 15 min ber / 30 min. unter PSK, sh. Weichglhen Dauer: lange (wie Weichglhen) Abkhlung: meist: langsam (Vermeidung von Spannungen) Mechanismus: (wie beim Weichglhen) Durch das berschreiten der Austenitisierungstemperatur wird der Sek. Zementit (an den Korngrenzen) leichter zu (etwas greren) Kugeln eingeformt. Anwendung: hnlich wie beim Weichglhen aber fr bereutektoide Sthle (z.B.: Werkzeugsthle, Kugellagersthle)Atmosphre: wie beim Weichglhen


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.4 Cyclic annealingtemperature: around P-S-K (ca. 720 C) e.g.: 15 min over / 30 min. under PSK, see soft annealing duration: long (like soft annealing) cooling: mostly slow (avoiding stresses) mechanism: (like soft annealing) by exceeding austeniting temperature the secondary cementite (at the grain boundaries) is easier transformed to (somewhat larger) balls. application: similar to soft annealing but for overeutectoid steel (e.g.: tool steel, ball bearing steel)atmosphere: like soft annealing


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.5 NormalglhenTemperatur: 30 -50 C ber G-O-S-K


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.5 Normalizingtemperature: 30 -50 C over G-O-S-K


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Dauer: kurz (nur Durchwrmung) Abkhlung: rasch ( feines Gefge), meist an Luft

Mechanismus: Die zweimalige Gefgeumwandlung , fhrt zu einer Kornfeinung. Durch die kurze Haltezeit kommt es zu keiner Vergrberung der -Krner


erstellt von: DI Johann Wiedlack*duration: short (only heat penetration) cooling: quick ( fine lattice), mostly in air

mechanism: double lattice conversion , leads to grain refining. Short holding avoids coarsening of -grains .


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Schematic procedure:


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Anwendung: 1. Vergleichmigung des Gefges wenn auf Grund von vorangegangen Produktionsschritten (z.B.: Gieen, Schmieden) eine inhomogene Grenverteilung der Krner ber dem Querschnitt vorliegt. Bei Gussstcken: Da hier keine weitere Verformung erfolgt ist das Normalglhen die wichtigste Mglichkeit die mechanischen Eigenschaften zu verbessern (Abbau und Vergleichmigung des groben Gussgefges). Bei Walz- und Schmiedeprodukten: Durch das Normalglhen knnen die geforderten mechanischen Eigenschaften reproduzierbar eingestellt, und die Eigenschaften vergleichmigt werden (Verformungstextur).


erstellt von: DI Johann Wiedlack*application: 1. Equalizing the lattice when previous production steps (e.g.: casting, forging) have lead to inhomogenous distribution of grain size in the cross section. for castings: As no further reforming takes place normalizing is the best way to improve mechanical properties (reduction and equalizing of the coarse cast lattice). for rolled and forged products: by normalizing the required mechanical properties can be equalized (reforming texture) and provided repeatably .


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Rckfhrung von Grobkorn nach einer Grobkorn- oder Diffusionsglhung 3. Rckwandlung von Martensit oder Bainit nach einer misslungenen Hrtung4. Ausgleich des Gefges bei Schweinhten 5. Abbau der Kaltverformung bei Teilen mit kritischer Verformung

Atmosphre: Zur Verhinderung einer Entkohlung wird meist mit Schutzgas gearbeitet Ausnahme: wenn die Oberflche nachher noch mechanisch bearbeitet wird.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. reversion of coarse grain after coarse grain annealing or diffusion annealing.3. reversion of martensite oder bainite afterfailed hardening4. equalizing lattice in weld seams5. reduction of cold forming in parts with critical grade of deformation

atmosphere: to avoid dearbonizing mostly with protective gas exemption: when surface is machined mechanically in a later stage.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.6 DiffusionsglhenTemperatur: 100-150C unter der Soliduslinie (ca. 1000 - 1300C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*5.1.6 Diffusion annealingtemperature: 100-150C under solidus line (ca. 1000 - 1300C)


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Dauer: lange (viele Stunden; typisch: 20 Stunden aber auch bis zu mehreren Tagen)Abkhlung: langsam (Verhinderung von Spannungen)Mechanismus: 1. Beseitigung von lslichen Phasen an den Korngrenzen, die mitunter zu einer starken Versprdung des Werkstoffs fhren knnen. Dadurch werden auch optimale Voraussetzungen fr weitere Wrmebehandlungen (z.B. Vergten) geschaffen.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Vernderung der Geometrie unlslicher Gefgebestandteile (z.B. Carbide, Nitride, Oxide), die unter ungnstigen Umstnden die Werkstoffeigenschaften ebenfalls nachteilig beeinflussen knnen. 3. Ausgleich rtlicher Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung (Kristallseigerungen) durch Diffusion.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*2. Changing geometry of insoluble lattice components (e.g. carbides, nitrides, oxides), which under infavourable circumstances can influence material properties in a negative way. 3. Equalizing local differences of chemical composition (crystal precipitation) by diffusion.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Anwendung: Als eigenstndige Wrmebehandlung vor allem bei: Werkzeugsthlen, Sonderlegierungen, groen Gussstcken Als Teil des Formgebungsprozesses (das Aufheizen auf die Warmumformtemperatur wird mit einer Haltezeit auf Temperatur verbunden): Blcke und Brammen fr die Stab-, Band- und Blechherstellung, Brammen fr die Grobblechherstellung, Blcke fr groe Schmiedestcke


erstellt von: DI Johann Wiedlack*application: As an independant heat treatment for: tool steel, special alloys, large castingsAs part of the forming process (heating up to hot forming temperature is combined with holding phase at that temperature): billets and slab ingots fr die bar, strip and sheet production, billets for coarse sheet, ingots for large forged parts


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Atmosphre: Bei Blcken und Brammen wird meist ohne Schutzgas zur gezielten Verzunderung der Oberflche geglht (dadurch knnen Oberflchenfehler entfernt werden). Der Materialverlust ist aufgrund der kompakten Form von Brammen und Blcken nicht sehr gro. Bei endabmessungsnahen Gussstcken wird meist mit Schutzgas geglht.


erstellt von: DI Johann Wiedlack*Atmosphere: Billets and slab ingots are annealed mostly without protective gas to provoke scaling of the surface (hereby surface defects can be removed). Due to the compact shape of billets and ingots the material loss is not very much. Near net shape cast parts are mostly annealed in protective gas.


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Fertigungstechnik 2.Jahrgang Neuer Lehrplan2012