Anwendungstechnik Cr- & Mn-legierte Stähle in der Eisen- & Stahlindustrie

Cr- & Mn-legierte Stähle

BLANKGLÜHEN

Definition nach DIN EN 10052: „Glühen in einem Mittel, bei dem das metallische Aussehen erhalten bleibt, also eine Oxidation der Werkstückoberfläche vermieden wird.“

Glühen ist eine „Wärmebehandlung, bestehend aus Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur, Halten und Abkühlen in der Weise, dass der Zustand des Werkstoffes bei Raumtemperatur dem Gleichgewichtszustand näher ist.“

Ein Mittel oder Medium ist ein „Stoff, der ein Werkstück während der Wärmebehandlung umgibt. Das Mittel kann fest, flüssig oder gasförmig sein.“

Das Schutzgas besteht ausschließlich oder zumindest vorwiegend aus einem inerten Gas wie Stickstoff - dem in manchen Fällen reaktive Gasbestandteile wie z. B. Wasserstoff, Propan oder Erdgas zugesetzt werden. Die maximale Konzentration der bei diesen Verfahren im Ofen vorhandenen reaktiven Gasbestandteile beträgt 5%. Wir verwenden den Namen Neutrotherm.

Messer Verfahren = "Neutrotherm" 

Der Wasserstoffanteil in Stickstoff-, Argon- oder Helium-Wasserstoff-Gemischen übersteigt 5%. Wir verwenden den Namen Hydrotherm.

Messer Verfahren = "Hydrotherm" 

Stickstoff kann mit geringen prozentualen Anteilen von Kohlenwasserstoffen (Methan, Propan) gemischt oder mit Methanol (CH3OH) kombiniert werden, um eine geeignete Gasatmosphäre zu schaffen, vorausgesetzt die Mischungen sind im richtigen Verhältnis eingestellt.

Messer Verfahren = "Variocarb them", "Variocarb direct" 

Bei bestimmten Glühverfahren wird neben Wasserstoff auch CO benötigt. Aus diesem Grunde wurde der Endolin-Prozess von Messer entwickelt und patentiert. Endogas und Stickstoff werden im gewünschten Verhältnis gemischt und diese Mischung direkt in den Ofen geleitet.

Messer Verfahren = "Endolin" 

NEUTRALGLÜHEN

Während des Glühens wird das Werkstück vom umgebenden Medium in chemischer Hinsicht nicht beeinflusst.

Das Schutzgas besteht ausschließlich oder zumindest vorwiegend aus einem inerten Gas wie Stickstoff - dem in manchen Fällen reaktive Gasbestandteile wie z. B. Wasserstoff, Propan oder Erdgas zugesetzt werden. Die maximale Konzentration der bei diesen Verfahren im Ofen vorhandenen reaktiven Gasbestandteile beträgt 5%. Wir verwenden den Namen Neutrotherm.

Messer Verfahren = "Neutrotherm" 

Der Wasserstoffanteil in Stickstoff-, Argon- oder Helium-Wasserstoff-Gemischen übersteigt 5%. Wir verwenden den Namen Hydrotherm.

Messer Verfahren = "Hydrotherm" 

Stickstoff kann mit geringen prozentualen Anteilen von Kohlenwasserstoffgas (Methan, Propan) gemischt oder mit Methanol (CH3OH) kombiniert werden, um eine geeignete Gasatmosphäre zu schaffen, vorausgesetzt die Mischungen sind im richtigen Verhältnis eingestellt.

Messer Verfahren = "Variocarb them", "Variocarb direct" 

Bei bestimmten Glühverfahren wird neben Wasserstoff auch CO benötigt. Aus diesem Grunde wurde der Endolin-Prozess von Messer entwickelt und patentiert. Endogas und Stickstoff werden im gewünschten Verhältnis gemischt und diese Mischung direkt in den Ofen geleitet.  Endolin-Gemische haben im Vergleich zu Exogas ein um etwa 10 bis 15% höheres Reduktionspotenzial. Anders als bei Exogas kann das Kohlenstoffpegel im Ofen geregelt werden. Ein erheblicher Vorteil liegt jedoch darin, das Endogas und Stickstoff getrennt voneinander an verschiedenen Stellen der Ofenanlage eingebracht werden können. Dadurch lassen sich deutlich höhere Konzentrationen von Wasserstoff und Kohlenmonoxid in der Heizzone des Ofens und niedrigere in der Kühlzone einstellen, so dass im kälteren Bereich der Ofenanlage das Gasgemisch eindeutig unter der Explosionsgrenze liegt.  In diesem Falle ist Wiederaufkohlung von Stahl möglich.

Definition nach DIN EN 10052: Wiederaufkohlen ist ein „thermochemisches Behandeln zum Wiederherstellen des Kohlenstoffgehaltes in einer durch vorangegangene Behandlung entkohlten Randschicht.“

Messer Verfahren = "Endolin" 

 

ENTKOHLEN, BLÄUEN, SCHWÄRZEN

Definition nach DIN EN 10052: „Entkohlen ist thermochemisches Behandeln mit dem Ziel, den Kohlenstoffgehalt in der Randschicht eines Werkstückes zu verringern.“

Definition nach DIN EN 10052: „Bläuen ist eine Wärmebehandlung in einem oxidierenden Mittel bei einer geeigneten Temperatur, um auf der gesamten polierten Oberfläche eines Werkstückes eine sehr dünne blaue Oxidschicht zu erzeugen.“

Definition nach DIN EN 10052: „Schwärzen ist eine Wärmebehandlung in einem oxidierenden Mittel bei einer geeigneten Temperatur, um auf der gesamten polierten Oberfläche eines Werkstückes eine dunkel erscheinende Oxidschicht zu erzeugen.“

Wasserdampf in Stickstoff/Wasserstoff-Gemischen in Wasserstoff oder Gemische aus Stickstoff mit Luft erzeugen an der Oberfläche von Bauteilen schwarze oxidische Schutzschichten sowie blaue rostbeständige Oxide zwischen 300 und 650°C.

Ein von Messer entwickeltes Spezialverfahren ermöglicht eine Schwärzung bei Härtetemperatur.

Messer Verfahren = “Blackrapid"

Blackrapid wird NICHT in Deutschland vertrieben.

AUFKOHLEN

Definition nach DIN EN 10052: „Thermochemisches Behandeln eines Werkstückes im austenitischen Zustand zum Anreichern der Randschicht mit Kohlenstoff, der dann im Austenit in fester Lösung vorliegt. Das aufgekohlte Werkstück wird anschließend gehärtet.“

Zur Erzeugung einer gasförmigen Aufkohlungsatmosphäre werden drei Verfahren industriell eingesetzt:

  • endotherm erzeugtes Gas (Endogas),
  • Gemische aus Stickstoff und flüssigem Methanol, Messer Verfahren = "Variocarb therm" 
  • Gemische aus einem Kohlenwasserstoff (Erdgas, Propan oder sonstige) und Luft.

Mitunter führt der hohe Kohlenmonoxidgehalt von Endogas zu einer inneren Oxidation von Legierungselementen, wie z.B. Cr, Mn und Si. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Reaktionen wurde ein Verfahren entwickelt, das frei von sauerstoffhaltigen Gasen ist.

Messer Verfahren = "Hydrocarb" 

Beim sogenannten Niederdruckaufkohlen wird kein „Trägergas“ verwendet. Der Prozess findet in einem Vakuumofen statt. Die Aufkohlung erfolgt durch Zugabe einer kleinen kontrollierten Menge eines Kohlenwasserstoffes wie z. B. C2H2 oder C3H8.

CARBONITRIEREN

Definition nach DIN EN 10052: „Thermochemisches Behandeln eines Werkstückes oberhalb Ac1 zum Anreichern der Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff. Beide Elemente befinden sich danach im Austenit in fester Lösung. Im Allgemeinen folgt dieser Behandlung unmittelbar ein Abschrecken, um Härtung zu erzielen.“

Messer Verfahren = "Variocarb therm" 

Messer Verfahren = "Hydrocarb" 

NITROCARBURIEREN

Definition nach DIN EN 10052: „Thermochemisches Behandeln zum Anreichern der Randschicht eines Werkstückes mit Stickstoff und Kohlenstoff unter Bildung einer Verbindungsschicht. Unter der Verbindungsschicht befindet sich eine hauptsächlich mit Stickstoff angereicherte Diffusionsschicht.“

Die Verbindungsschicht ist eine „bei einer thermochemischen Behandlung unmittelbar an der Oberfläche entstandene Schicht, die aus einer oder mehreren chemischen Verbindung(en) besteht und aus dem oder den eindiffundierten Element(en) und bestimmten Elementen des Grundwerkstoffs gebildet wurde.“

Die Diffusionsschicht ist „die bei einer thermochemischen Behandlung gebildete Randschicht, in der das oder die eindiffundierte(n) Element(e) in fester Lösung, gegebenenfalls teilweise als Ausscheidungen, enthalten sind. Der Anteil dieser Elemente nimmt kontinuierlich bis auf den entsprechenden Gehalt des Grundwerkstoffes ab.“

Messer bietet ein Verfahren, das besonders auf die zunehmenden Erfordernisse der modernen Gas-Nitriertechnik abgestimmt ist. Das besondere Merkmal dieses Verfahrens ist eine synthetische Ofenatmosphäre mit einer hohen und gut einstellbaren Kohlenstoffaktivität.

Messer Verfahren = "Vario-Nitro-Carb Plus"

NITRIEREN

Definition nach DIN EN 10052: „Thermochemisches Behandeln zum Anreichern der Randschicht eines Werkstückes mit Stickstoff.

Messer Verfahren = "Vario-Nitro-Carb Plus"

SINTERN

Definition nach ISO 3252: Sintern ist die „Wärmebehandlung eines Pulvers oder eines Presskörpers bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Hauptbestandteils mit dem Ziel, die Festigkeit zu erhöhen, indem sich die Pulverteilchen miteinander verbinden.“

Bei pulvermetallurgisch hergestellten Stahlteilen, die in kontrollierten Atmosphären gesintert werden, müssen eine effiziente Entfernung des Bindemittels, eine genaue Kontrolle des Kohlenstoffpegels, die Dimensionskontrolle, eine geringe Rußbildung und eine adäquate Oberflächenbeschaffenheit gewährleistet werden.

Es ist besonders wichtig, die Gase in die jeweiligen Ofenbereiche einzuleiten, in denen sie am effektivsten sind.  Diese als Zonenbegasung bezeichneten Techniken für die Atmosphäreneinleitung steuern sowohl die Durchströmung als auch das chemische Verhalten der Gasatmosphäre.

Je nach Werkstoff der gesintert werden soll, wird neben den klassischen Stickstoff/Wasserstoff-Mischungen, Stickstoff/Wasserstoff/Kohlenwasserstoff oder reiner Wasserstoff empfohlen

Messer Verfahren = "Hydrotherm", "Neutrotherm", "Variocarb-direct", "Variocarb-therm" 

Das Endolin-Verfahren wurde von Messer entwickelt und patentiert. Endogas wird mit Stickstoff im gewünschten Verhältnis gemischt. Diese Mischung wird dann direkt in den Ofen geleitet.

Messer Verfahren = "Endolin"

HARTLÖTEN UND HOCHTEMPERATURLÖTEN

Hartlöten ist ein Fügeverfahren, welches Metalle mit Hilfe eines Lotes dessen Schmelztemperatur über 450°C, aber unter der Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs liegt, miteinander verbindet.

Hochtemperaturlöten ist flussmittelfreies Löten unter Luftabschluss (Vakuum, Schutzgas) mit Loten, deren Schmelztemperatur oberhalb 900°C liegt.

Je nach Grundwerkstoff kommen beim Ofenlöten unter Verwendung von Flussmittel und Schutzgas und beim Hochtemperaturlöten zwei verschiedene Arten von Gasatmosphären zum Einsatz:

Chemisch inerte Atmosphären, die die zu lötenden Teile vor dem Kontakt mit anderen gasförmigen Elementen schützen. Diese könnten beim Löten mit den Metallen reagieren und auf der Oberfläche einen Film entstehen lassen, der das Fließen des geschmolzenen Lots und die Benetzung mit dem Lot verhindern kann.

Chemisch aktive Atmosphären, die während des Lötvorgangs mit etwaigen Oberflächenfilmen auf den zu lötenden Teilen reagieren, so dass diese aus dem Prozess entfernt werden können.

Messer Verfahren = "Hydrotherm", "Neutrotherm", "Variocarb therm" 

Das Endolin-Verfahren wurde von Messer entwickelt und patentiert. Endogas wird mit Stickstoff im gewünschten Verhältnis gemischt. Diese Mischung wird dann direkt in den Ofen geleitet.

Messer Verfahren = "Endolin" 

KÄLTEBEHANDLUNG UND KRYOGENE BEHANDLUNG

Bei der Kältebehandlung wird Stahl Temperaturen unter 0°C ausgesetzt, um dem Werkstoff entweder spezifische Bedingungen oder Eigenschaften zu verleihen oder diese zu verbessern. Höhere Festigkeit, größere Maßhaltigkeit oder Mikrogefügestabilität, verbesserte Verschleißfestigkeit oder Beseitigung von Restspannungen gehören zu den Vorteilen der Kältebehandlung von Stahl.

Die cryogene Behandlung oder Tieftemperaturbehandlung, auch als Deep Cryogenic Treatment (DCT) bezeichnet, ist ein eigenes Verfahren, bei dem durch extreme Kälte das Leistungsverhalten von Werkstoffen modifiziert wird.

"Cooling chamber"

ABSCHRECKEN

Definition nach DIN EN 10052: „Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein Werkstück mit größerer Geschwindigkeit als an ruhender Luft abgekühlt wird.“

Bei Stählen mit austenitisch-ferritischer Umwandlung kann durch eine Veränderung der Abkühlgeschwindigkeit von extrem langsam bis extrem schnell die Streckgrenze von 200 MPa (Weichglühgefüge aus Ferrit und Carbid) auf 2500 MPa (martensitisches Gefüge) erhöht werden. Um eine hinreichende Berechenbarkeit und Reproduzierbarkeit der Leistungseigenschaften von Stahlbauteilen zu erreichen, ist aus diesem Grund die richtige Wahl der Abkühlgeschwindigkeit während des Abschreckens wichtig.

Gasabschrecken ist eine Alternative zum Abschrecken in geschmolzenen Salzen, Metallen oder verdampfbaren Flüssigkeiten. Folgende Faktoren tragen zum anhaltenden Interesse an der Entwicklung der Gasabschrecktechnik bei: verschärfte Umweltschutzvorschriften, Energieeinsparungen, keine Bildung von toxischen oder brennbaren Gasen, zunehmender Bedarf an Prozessautomatisierung und größere Prozessflexibilität durch Variation der Abkühlgeschwindigkeiten. Aufgrund gleichmäßigerer Abkühlgeschwindigkeiten v

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