Legieren

Prinzip: Durch die Zugabe von Legierungselementen zum Stahl wird die Mikrostruktur von Stahl verändert und dadurch seine Härte erhöht. Wenn beispielsweise das Element Chrom (Cr) hinzugefügt wird, kann Chrom mit Kohlenstoff im Stahl Karbide wie und bilden. Diese Karbide haben die Eigenschaften einer hohen Härte und eines hohen Schmelzpunkts und sind in der Stahlmatrix verteilt, was die Bewegung von Versetzungen wirksam behindern und die Härte des Stahls erhöhen kann. Generell gilt: Je höher der Chromgehalt, desto mehr Karbide werden gebildet und desto deutlicher steigt die Stahlhärte. Wenn der Chromgehalt einen bestimmten Anteil erreicht (z. B. beträgt der Chromgehalt in Edelstahl etwa 13 % - 30 %), erhöht sich die Härte des Stahls erheblich.

Wärmebehandlung – Abschrecken

Prinzip: Abschrecken ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stahl über die kritische Temperatur erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann schnell abgekühlt wird. Während des Erhitzungsprozesses verändert sich die Mikrostruktur des Stahls und es entsteht Austenit. Beim schnellen Abkühlen hat Austenit keine Zeit, sich in weicheres Gewebe wie Perlit umzuwandeln, sondern wandelt sich in Martensit um. Martensit ist eine übersättigte feste Lösung, die sich durch hohe Härte und hohe Festigkeit auszeichnet. Beispielsweise kann bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt die Härte nach dem Abschrecken deutlich erhöht werden. Denn durch die Bildung von Martensit kommt es im Inneren des Stahls zu zahlreichen Gitterverzerrungen, die Bewegung der Versetzungen wird stark eingeschränkt und die Härte erhöht sich dadurch.

Vorsichtsmaßnahmen: Die Abkühlgeschwindigkeit während des Abschreckprozesses ist sehr wichtig. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit zu langsam ist, kann sich Austenit teilweise in Gewebe wie Perlit umwandeln, was zu einer unzureichenden Härte führt; Wenn die Abkühlgeschwindigkeit jedoch zu hoch ist, kann es zu Verformungen oder sogar Rissen im Stahl kommen. Gleichzeitig weisen verschiedene Stähle unterschiedliche kritische Temperaturen auf und die Abschrecktemperatur muss entsprechend der Zusammensetzung des Stahls genau bestimmt werden. Im Allgemeinen werden geeignete Abschreckprozessparameter durch Experimente oder durch Bezugnahme auf relevante Wärmebehandlungshandbücher bestimmt.

Anwendungsszenarien: Die Aufkohlungsbehandlung wird im Bereich der mechanischen Fertigung häufig eingesetzt, insbesondere für Teile mit hohen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit. Dazu gehören neben Zahnrädern auch wellenartige Teile, Kolbenbolzen usw. Während des Bearbeitungsprozesses dieser Teile muss die Oberfläche hoher Reibung und Verschleiß standhalten. Durch die Aufkohlungsbehandlung kann die Oberflächenhärte effektiv erhöht und die Lebensdauer verlängert werden.

 

 

 

Oberflächenbehandlung – Nitrieren

Prinzip: Beim Nitrieren handelt es sich um einen Prozess, bei dem aktive Stickstoffatome bei einer bestimmten Temperatur in die Oberfläche des Stahls eindringen und eine nitrierte Schicht bilden. Die nitrierte Schicht weist eine hohe Härte, eine hohe Verschleißfestigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Anders als beim Aufkohlen weisen die Teile nach der Nitrierbehandlung eine geringere Verformung auf. Während des Nitrierprozesses bilden Stickstoffatome Nitride mit Legierungselementen im Stahl (wie Aluminium, Chrom, Vanadium usw.), wie z. B. , , , usw. Diese Nitride werden auf der Oberfläche des Stahls verteilt und erhöhen die Oberflächenhärte . Beispielsweise kann die Oberflächenhärte einiger hochpräziser Formen und mechanischer Teile durch Nitrierbehandlung eine Oberflächenhärte von etwa HV900 - 1200 (Vickers-Härte) erreichen.

Vorteile: Die Temperatur der Nitrierbehandlung ist relativ niedrig (im Allgemeinen bei 500 - 600 Grad). Im Vergleich zum Aufkohlen verursacht es keine große Verformung des Stahls und eignet sich besser für Teile mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit. Darüber hinaus weist die nitrierte Schicht eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und kann die Lebensdauer von Teilen in rauen Umgebungen verbessern.

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