Anwendung der ZTU-Schaubilder

Anwendung der isothermischen ZTU - Schaubilder

Die isothermischen ZTU- Schaubilder ermöglichen die Bestimmung der Umwandlungsvorgänge, die bei konstanten Temperaturen oberhalb der Martensittemperatur ablaufen. Ihre Anwendung ist bei isothermischen Wärmebehandlungen, z.B. bei Zwischenstufenvergütung, Patentierung, isothermischer Umwandlungsglühung (isothermisches OB-Glühen), Wärmbadhärtung und Weichglühen wichtig. (Bild 7)

Anwendung der ZTU - Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung
In der praktischen Wärmebehandlung der Stähle vollziehen sich die meisten Umwandlungsvorgänge bei kontinuierlicher Abkühlung (siehe Bild 6). Dies gilt beispielsweise für das Härten. Beim Härten wird der Stahl von einer Temperatur oberhalb der Linie GOSK im Eisen-Kohlenstoff-Zustandschaubild überkritisch abgekühlt, um die Martensitbildung zu ermöglichen.

Die Abkühlungskurve, die dieser Mindestabkühlungsgeschwindigkeit entspricht, darf die Linie für den Umwandlungsbeginn in der Perlit- und Zwischenstufe nicht schneiden, sie kann direkt aus dem ZTU- Schaubild entnommen werden. Die erzielbare Abkühlungsgeschwindigkeit hängt von der Abschreckintensität des Härtemittels und der Werkstückabmessung ab. Für die Abkühlung von Rundstäben können die Abkühlungsgeschwindigkeiten verhältnismäßig genau bestimmt werden.

Auf die Kernzone eines Rundstabes bezogen, gibt die folgende Tabelle für Wasser-, Öl- und Lufthärtung die Abkühlungsparameter bzw. die Abkühlungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Durchmesser an.

Abkühlungsparameter λ¹) bzw. Abkühlungsgeschwindigkeit v für den Kern von Werkstücken bei Wasser, Öl- und Luftabkühlung.

Werkstück mittelmäßig bewegt. 
¹) λ = Abkühlungszeit von 800 – 500°C in sek. x 10^-2

Bild 7 (Zur Vergrößerung, bitte auf das jeweilige Bild klicken.)
Isothermisches ZTU- Schaubild und Arten der Wärmebehandlung

Auf beliebige Querschnittsstellen bezogen sind die Angaben in den Bildern 8 bis 12 zu verwenden. Die durchgezogenen Kurven geben auf der Ordinate Abkühlungsparameter und - geschwindigkeiten für den Durchmesser zwischen 50 und 800 mm in Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläche an. Die gestrichelte Kurve in jedem Schaubild entspricht der Abkühlung im Kern der Rundstäbe. Die Bilder 8 und 9 beziehen sich auf Wasserabschreckung. Für Ölabschreckung sind die Verhältnisse in den Bildern 10 und 11 dargestellt. Bild 12 gilt nur für Luftabkühlung.

Da auch einem gegebenen Stirnabstand im Härtbarkeitsversuch nach Jominy ein eindeutiger Abkühlungskennwert entspricht, kann auf der rechten Ordinate der Bilder 8 und 10 der Abstand von der Stirnfläche der Stirnabschreckprobe direkt als Zweitmaßstab eingezeichnet werden.

Aus der Darstellung in den Bildern 8 und 12 können die entsprechenden Abkühlungsparameter und Abkühlungsgeschwindigkeiten ermittelt werden, welche im ZTU- Schaubild für kontinuierliche Abkühlung eine ziemlich genaue Voraussage der nach der Umwandlung erhaltenen Gefüge und der erzielten Härte über den Querschnitt in Abhängigkeit von Stahlqualität, Abmessung und Härtemittel ermöglichen. So kann man mit Hilfe des kontinuierlichen ZTU- Schaubildes und der Abkühlungskurven für jede Stahlqualität den maximalen Querschnitt bestimmen, bei welchem gegebenen Härtemitteln eine vollkommene Durchhärtung erreicht wird. Anderseits kann man auch ermitteln, welche Verbesserung der Gefügeausbildung durch Wahl eines schrofferen Härtemittels erzielt werden kann.

Zum besseren Verständnis sollen die beiden folgenden Beispiele dienen:

1.Beispiel
Bei welchem Querschnitt wird beim Stahl 58 CrV 4 nach Ölabschreckung noch volle Durchhärtung erreicht?

Lösung:
Aus dem kontinuierlichen ZTU- Schaubild von 58 CrV 4 (Bild 6 vorherige Seite) entnimmt man jene Abkühlungskurve, die noch eine Umwandlung in der Perlit- und der Zwischenstufe vermeidet. Das ist in unseren Falle nicht ganz die Kurve 4 mit dem Abkühlungsparameter 0,31. Bei einem Parameter von ca. 0,25 würde der Zwischenstufenbereich nicht geschnitten. Überträgt man diesen Wert in die Tabelle, so ergibt sich bei Ölabkühlung für den Abkühlungsparameter 0,25 ein Querschnitt von ca. 35mm, bei dem noch volle Durchhärtung erzielt wird.


2.Beispiel
Eine Welle mit 100mm Durchmesser aus 36 CrNiMo 4 wird in Öl gehärtet. Welche Härte und welches Gefüge sind am Rand und im Kern zu erwarten?

Lösung:
Nach Bild 10, Kurve für 100mm Durchmesser, kühlt der Kern mit einem Abkühlungsparameter von ca. 1,3 (Abszissenwert 50) ab, der Rand mit einem Abkühlungsparameter von 0,25 (Abszissenwert = 0). Der Abkühlungsparameter 1,3 für den Kern entspricht im ZTU- Schaubild (Bild 13) einer Kurve zwischen der vierten und fünften Abkühlungskurve von links. Danach erhält man im Kern etwa 1% Ferrit, 85% Zwischenstufe, Rest Martensit und Restaustenit bei einer Härte von 340 HV. Für den Rand ergibt sich ein Gefüge aus ca. 10% Zwischenstufe sowie aus Martensit und geringen Teilen Restaustenit bei einer Härte von ca. 500 HV.

Bild 13 (Zur Vergrößerung, bitte auf das jeweilige Bild klicken.)
ZTU- Schaubild bei kontinuierlicher Abkühlung