Beim Anlassen wird der gehärtete Stahl auf eine niedrigere kritische Temperatur erwärmt, bei dieser Temperatur geglüht und dann – in der Regel sehr langsam – abgekühlt. Die Anlasstemperatur hängt von der für die Anwendung erforderlichen Festigkeit (oder Härte) und Bindung ab. Normalerweise wird Martensit durch Erhitzen beim Anlassen zersetzt, was zu einer Verringerung der Härte und Festigkeit, aber zu einer Erhöhung der Duktilität und Zähigkeit führt.
Wozu dient das Härten von Stahl?
Im Folgenden wird auf die Auswirkungen des Anlassens von Stahl eingegangen. Dies führt zu:
1. Beseitigung der beim Härten entstandenen inneren Spannungen.
2. Wiederherstellung der Elastizität und Duktilität auf Kosten von Härte und Festigkeit.
3. Verbesserung der Maßhaltigkeit durch Zersetzung von Restaustenit.
4) Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, Umwandlung von nichtmagnetischem Austenit in magnetische Produkte.
Gehärtete Struktur
Gehärteter Stahl hat ein komplexes Gefüge, das in der Regel Folgendes umfasst:
- Hoch übersättigter Martensit – Der Mantel- oder Plattentyp weist eine hohe Versetzungsdichte von etwa 1012 cm/cm3 für den ersten und eine geringere Versetzungsdichte für den zweiten Typ auf, kann aber mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt des Stahls stark verzwirnt sein.
- Restaustenit, dessen Menge vom Gehalt an Kohlenstoff und Legierungselementen abhängt (auch von der Umgebungstemperatur). Kohlenstoffstähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5% behalten weniger als 2% Austenit, 6% bei 0,77% C, aber mehr als 30% bei 1,25% C.
- Ungelöste Karbide – z. B. voreutektoider Zementit in einem übereutektoiden Stahl oder Vanadiumkarbid in einem Schnellarbeitsstahl (18/4/1) zur Kontrolle der Korngröße.
- Kohlenstoffseigerung – Kohlenstoff wird an Stellen mit niedriger Energie, wie z. B. Versetzungen oder Leerstellen, oder in Form von Clustern entlang einer Ebene in laminarem Martensit oder entlang einer Ebene in Doppelebenenmartensit segregiert. Die Entmischung kann beim Abschrecken zwischen Ms und Raumtemperatur oder bei Raumtemperatur während der Lagerung oder sogar beim Erhitzen auf etwa 100 °C während des Anlassens auftreten. Bei etwa 0,2 % Kohlenstoff im Stahl sind die Defektstellen fast mit Kohlenstoff gesättigt, während der restliche Kohlenstoff im Stahl (sofern vorhanden) in den normalen Zwischengitterplätzen verbleibt. Tatsächlich ist 0,20 % Kohlenstoff auch der Punkt, an dem die Tetragonalität des Martensits festgestellt werden kann, d. h. wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahls auf 0,20 % sinkt, ist der Martensit BCC, andernfalls BCT.
Härtungsstufen
Das Anlassen von Kohlenstoffstahl erfolgt in vier verschiedenen, sich jedoch überschneidenden Phasen:
1. erste Abschreckstufe – bis 200°C – Ausscheidung von Karbiden e(ε) durch tetragonale Reduktion von Martensit.
2. zweite Anlaßstufe – 200° bis 300°C – Zersetzung des Restaustenits.
3. dritte Vergütungsstufe – 200° bis 350° C – Erzeugt Zementitstangen oder -platten mit kompetitivem Martensitverlust und Elektronenkarbidauflösung.
4. Anlassen – 350° bis 700° C – Verdichtung und Sphäroidisierung des Zementits, Erholung und Rekristallisierung des Ferrits.
Was versteht man unter Temperierung?
Das Anlassen wird im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt, die sich nach dem Temperaturbereich des Anlassens richten. Durch das Anlassen werden die beim Abschrecken entstandenen Eigenspannungen ganz oder teilweise abgebaut – bei höheren Temperaturen, z. B. 1,5 Stunden bei 550 °C, werden sie vollständiger beseitigt.
Anlassen bei niedriger Temperatur (250 ℃ für 1-2 Stunden)
Das Anlassen bei niedriger Temperatur wird durchgeführt, um die Sprödigkeit zu verringern, ohne zu viel Härte zu verlieren. Das gehärtete martensitische Zweiphasengefüge erhöht die Festigkeit, verbessert die Elastizität und reduziert die inneren Spannungen. Die Härte von gehärtetem gewöhnlichem Kohlenstoffstahl (0,6～1,3%C) beträgt Rc 58～63. Diese Behandlung wird üblicherweise bei Werkzeugen aus gewöhnlichem Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl angewandt, und die wichtigsten Entwicklungseigenschaften sind hohe Bearbeitbarkeit, Verschleißfestigkeit und eine gewisse Zähigkeit. Eine Erhöhung der Anlasstemperatur in diesem Bereich führt zu einer gewissen Verringerung der Härte, erhöht jedoch die Duktilität und ermöglicht somit einen besseren Abbau der inneren Spannungen. Das Anlassen bei niedrigen Temperaturen wird in Ölbädern (bis 250 °C – Silikonöl), Salzbädern oder Umluftöfen durchgeführt (da unter 500 °C die Wärmeübertragung durch Luft sehr langsam ist). Das Anlassen bei niedrigen Temperaturen wird auch bei aufgekohlten und einsatzgehärteten Bauteilen eingesetzt, z. B. beim Aufkohlen, Cyanisieren oder Carbonitrieren.
Farbe Temperament
In der Antike und auch heute noch wird die Anlasstemperatur für gewöhnliche Kohlenstoffstähle und niedrig legierte Stähle anhand der Oberflächenfarbe bestimmt, die sich in der Farbskala entwickelt. Diese Farben erscheinen auf sauberen Stahloberflächen, wenn die Temperatur über 220 °C steigt.
Die Oberfläche des Stahls sollte sauber sein, damit die Anlasstemperatur nach dem Abschrecken im Muffelofen anhand der Oberflächenfarbe beurteilt werden kann.
Die abgeschreckte Farbe ist auf die Bildung einer extrem dünnen, transparenten Eisenoxidschicht zurückzuführen. In dieser dünnen Oberflächenschicht kommt es zu einer Lichtinterferenz, die je nach Dicke der Schicht die temperierte Farbe annimmt. Diese Methode, die Härtetemperatur anhand der Farbe zu bestimmen, beruht auf der Tatsache, dass jede Temperatur eine bestimmte Dicke der Oxidschicht aufweist, die eine bestimmte
Farbe ergibt.
Anlassen bei mittleren Temperaturen (350°C bis 500°C)
In diesem Anlaßbereich bildet sich ein „troostylisches” Gefüge, das eine hohe Streckgrenze mit guter Duktilität und einer Härte im HRC-Bereich von 40-50 aufweist. Das Abschrecken in Wasser nach dem Anlassen im Bereich von 400-450°C erhöht die Festigkeitsgrenze, was zu einer Druckspannung in der Oberflächenschicht führt. Aufgrund der hohen Duktilität und Festigkeit wird diese Reihe hauptsächlich für zwei Arten von Schraubenfedern und laminierten Federn und Matrizen verwendet. Es muss darauf geachtet werden, dass eine Versprödung bei 350°C vermieden wird.
Anlassen bei hoher Temperatur (500-650 ℃)
Je höher die Anlasstemperatur von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl ist, desto höher ist die entwickelte Duktilität. Dieser Vergütungsbereich erzeugt eine „Sorbitol”-Struktur im Stahl, die Maschinenteile mit der besten Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit versieht. Baustahl mit 0,3-0,5 % Kohlenstoff hat in der Regel einen höheren Anlassbereich. Durch diese 1-2-stündige Behandlung können die während des Härteprozesses entstandenen Eigenspannungen fast vollständig abgebaut werden.
Temperierende Wirkung
Kohlenstoff spielt eine sehr wichtige Rolle beim Härten von Stahl. Die martensitische Härte nach dem Anlassen hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt des Stahls und damit auch von der martensitischen Morphologie ab, die von Flocken bis zu stark verdrehten Platten reicht. Die Ms- und Mf-Temperaturen sinken mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Stahl, d. h. die Wahrscheinlichkeit der Selbsterhitzung sinkt und die Menge an Restaustenit steigt.
Auswirkung des Anlassens von Stahl auf die mechanischen Eigenschaften
In der ersten Phase des Anlassens von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,2 % reduziert Martensit seine Tetragonalität und verringert die Härte des Stahls, aber es kommt auch zu einer Ausscheidung von ε-Karbid, das die Härte des Stahls erhöht, und ist proportional. Form. Daher nimmt die Härte des Stahls bis zu einer Anlasstemperatur von 200 °C in der Regel kontinuierlich ab, aber nur geringfügig, je nach dem Endergebnis dieser beiden Effekte. Tatsächlich steigt bei kohlenstoffreichen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,2 % die Härte im Temperaturbereich bis 200 °C aufgrund des relativ hohen Volumenanteils an gebildeten Karbiden leicht an, wodurch nicht nur der durch die Verringerung der Tetragonalität verursachte Härteverlust, sondern auch der leichte Anstieg der Gesamthärte kompensiert wird.
Beim Anlassen in der dritten Stufe kommt es zu einer beträchtlichen Erweichung durch einen starken Härteabfall aufgrund der Auflösung von ε-Karbiden in der Matrix und des vollständigen Verlusts der Tetragonalität des Martensits, obwohl der Zementit in dieser Stufe zu einer gewissen Härtesteigerung beiträgt, aber die Gesamtwirkung wird weicher. In diesem Stadium besteht der Stahl aus Ferrit und feinen Zementitkörnern.