Welche Wirkung kann eine Cryobehandlung haben ?.
Ich denke, wir müssen uns hier an die bekannten physikalischen und metallurgischen Tatsachen handeln.
Daraus folgt:
1. Die chemische Zusammensetzung des Stahls kann sich durch eine noch so tiefe Abkühlung nicht ändern (eigentlich eine Selbstverständlichkeit, aber bei dem verbreiteten Wunderglauben sollte man dies schon mal festhalten).
2. Abschreckungshärtbare Werkzeugstähle- also so gut wie alle- bestehen nach dem Härten aus einem hohen Prozentsatz Martensit, bei hohem C-Gehalt zusätzlich Karbiden-gegebenenfalls Sonderkarbiden-, Restaustenit.
Bei speziellen Härteverfahren kann der Martensit durch Bainit ersetzt werden.
3. Welche Wirkung kann eine Tiefstkühlung auf die Bestandteile haben ?
a) Martensit bleibt Martensit, von einer Gefrierform "Supermartensit" ist nichts bekannt.
b) Die Karbide- also freie Verbindungen zwischen Kohlenstoff und Eisen oder mit den Legierungselementen-bleiben durch Tiefkühlbehandlungen unbeeinflusst- durch W ä r m e kann man sie auflösen, durch Kälte werden sie eher stabiler.
c) Der Restaustenit k ö n n t e sich durch eine Tiefstkühlbehandlung umwandeln.
Das würde zu einer Erhöhung der Härte bei gleichzeitiger Verminderung der Zähigkeit führen. Die Härtesteigerung könnte durchaus beachtlich sein und in die Gegend von 70 HRC + führen.
Das wäre auch mit einer Leistungssteigerung verbunden
Zweifelhaft bleibt die Umwandlung des Restaustenits nach so langer Zeit, wie sie hier genannt wird. Als Grundregel gilt, daß eigentlich sofort, spätestens 2 stunden nach der Härtung angelassen werden muß.
Tiefkühlbehandlungen sind keine neue Entwicklung.
Über die ersten Versuche wurde 1928 berichtet. Während in Amerika die Tiefkühlbehandlung für Schnellarbeitsstähle stark propagiert wurde, hat sich im europäischen Raum die Meinung durchgesetzt, ein mehrfaches Anlassen sei leistungsmäßig gleichwertig, einfacher und gefahrloser. (Vergl. Haufe, Schnellarbeitsstähle S. 164 f).
Tiefstkühlbehandlungen könnten wirksamer sein, als einfaches Tiefkühlen bei ca -80 Grad, mehr als eine Umwandlung des Restaustenits mit entsprechender Härtesteigerung kann dabei aber nicht herauskommen.
Die in dem Datenblatt von Linde genannten Verbesserungen der Leistungen sind durchaus glaubhaft. Eine Weltfirma wird sich scheuen, schnell widerleglichen Unsinn zu verbreiten.
Es stellt sich aber die Frage, wie diese Verbesserungen festgestellt wurden und ob sie auf Messer- oder gar Schwertklingen übertragbar sind.
Als Beispiel: Eine leicht überhitzt gehärtete Stanze aus 1.2379 hat viel Restaustenit und muß öfter nachgeschliffen werden.
Nach der Tief- oder Tiefstkühlbehandlung ist sie härter und verschleißfester. Erhebliche Leistungssteigerungen sind also zu erwarten.
Bei Biegebeanspruchungen wäre allerdings auch eine deutlich höhere Bruchgefahr zu erwarten.
Auffällig an der Liste ist- und das spricht für ihre Korrektheit- daß Stähle mit großer Neigung zur Bildung von Restaustenit am meisten profitieren- D 2 u.ä., Schnellarbeitsstähle, PM-Stähle und martensitische korrosionsbeständige Stähle dagegen weit weniger.
Also: Eigentlich nichts Neues und wirklich Umwerfendes.
Jetzt kommen wir aber zur Ausgangsfrage: Macht eine solche Behandlung bei Schwertklingen Sinn ?.
Da ist die Antwort eigentlich ziemlich klar: Bei mit Verstand gefertigten Schwertklingen ist das Verfahren kaum hilfreich.
Schwertklingen werden, wenn der Hersteller sein Fach versteht, aus allenfalls leicht übereutektoidischen Stählen gemacht, vernünftigerweise eher aus leicht untereutektoidischen. Der Grund ist sehr einfach. Sie sollen hart und flexibel sein. Die volle Härte wird aber schon bei einem C-Gehalt ab ca. 0,6 % erreicht. Bei richtiger Behandlung sind Stähle in dieser Kategorie auch die zähesten und elastischsten.
Solche Stähle bilden wenig Restaustenit, würden also von einer Tiefstkühlbehandlung am wenigsten profitieren.
Bevor jemand die Idee klaut: Mir ist die Senstion auf dem Schneidmarkt gelungen: Noch vor den beiden jetzt mit dem Nobelpreis ausgezeichnetn Wissenschaftlern ist es mir gelungen, Kohlenstoff in Graphen-Form in der Klinge auszuscheiden und zwar exakt in der Klinegnmitte. Graphen ist, wie wir wissen, härter als Diamant und mechanisch enorm belastbar. Die Graphenschicht ist nur eine Atomlage dick, erlaubt also Schneiden von ungeahnter Schärfe. Es ist auch ganz einfach, sie beim Schleifen freizulegen. Wenn an der Klinge kein Abschliff mehr festzustellen ist, vielmehr der Schleifstein sich in wenigen Umdrehungen auf Null abnützt, ist die Graphenschicht erreicht.
Ich will auch aus der Herstellung kein Geheimnis machen: Beim Falten der Damastpakete wird die Seite , die nach innen kommt, kräftig mit einem Zimmermannsbleistift eingerieben. Der dabei haften bleibende Graphit wandelt sich beim Feuerschweißen in das erwünschte Graphen um.
Vorsicht: Wenn man die Graphitschicht zu dick macht und beim Schweißen mit dem Hammer zu fest zuschlägt, entsteht statt des Graphens Diamant- auch nicht schlecht, aber hier doch nicht ganz erwünscht.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Ich denke, wir müssen uns hier an die bekannten physikalischen und metallurgischen Tatsachen handeln.
Daraus folgt:
1. Die chemische Zusammensetzung des Stahls kann sich durch eine noch so tiefe Abkühlung nicht ändern (eigentlich eine Selbstverständlichkeit, aber bei dem verbreiteten Wunderglauben sollte man dies schon mal festhalten).
2. Abschreckungshärtbare Werkzeugstähle- also so gut wie alle- bestehen nach dem Härten aus einem hohen Prozentsatz Martensit, bei hohem C-Gehalt zusätzlich Karbiden-gegebenenfalls Sonderkarbiden-, Restaustenit.
Bei speziellen Härteverfahren kann der Martensit durch Bainit ersetzt werden.
3. Welche Wirkung kann eine Tiefstkühlung auf die Bestandteile haben ?
a) Martensit bleibt Martensit, von einer Gefrierform "Supermartensit" ist nichts bekannt.
b) Die Karbide- also freie Verbindungen zwischen Kohlenstoff und Eisen oder mit den Legierungselementen-bleiben durch Tiefkühlbehandlungen unbeeinflusst- durch W ä r m e kann man sie auflösen, durch Kälte werden sie eher stabiler.
c) Der Restaustenit k ö n n t e sich durch eine Tiefstkühlbehandlung umwandeln.
Das würde zu einer Erhöhung der Härte bei gleichzeitiger Verminderung der Zähigkeit führen. Die Härtesteigerung könnte durchaus beachtlich sein und in die Gegend von 70 HRC + führen.
Das wäre auch mit einer Leistungssteigerung verbunden
Zweifelhaft bleibt die Umwandlung des Restaustenits nach so langer Zeit, wie sie hier genannt wird. Als Grundregel gilt, daß eigentlich sofort, spätestens 2 stunden nach der Härtung angelassen werden muß.
Tiefkühlbehandlungen sind keine neue Entwicklung.
Über die ersten Versuche wurde 1928 berichtet. Während in Amerika die Tiefkühlbehandlung für Schnellarbeitsstähle stark propagiert wurde, hat sich im europäischen Raum die Meinung durchgesetzt, ein mehrfaches Anlassen sei leistungsmäßig gleichwertig, einfacher und gefahrloser. (Vergl. Haufe, Schnellarbeitsstähle S. 164 f).
Tiefstkühlbehandlungen könnten wirksamer sein, als einfaches Tiefkühlen bei ca -80 Grad, mehr als eine Umwandlung des Restaustenits mit entsprechender Härtesteigerung kann dabei aber nicht herauskommen.
Die in dem Datenblatt von Linde genannten Verbesserungen der Leistungen sind durchaus glaubhaft. Eine Weltfirma wird sich scheuen, schnell widerleglichen Unsinn zu verbreiten.
Es stellt sich aber die Frage, wie diese Verbesserungen festgestellt wurden und ob sie auf Messer- oder gar Schwertklingen übertragbar sind.
Als Beispiel: Eine leicht überhitzt gehärtete Stanze aus 1.2379 hat viel Restaustenit und muß öfter nachgeschliffen werden.
Nach der Tief- oder Tiefstkühlbehandlung ist sie härter und verschleißfester. Erhebliche Leistungssteigerungen sind also zu erwarten.
Bei Biegebeanspruchungen wäre allerdings auch eine deutlich höhere Bruchgefahr zu erwarten.
Auffällig an der Liste ist- und das spricht für ihre Korrektheit- daß Stähle mit großer Neigung zur Bildung von Restaustenit am meisten profitieren- D 2 u.ä., Schnellarbeitsstähle, PM-Stähle und martensitische korrosionsbeständige Stähle dagegen weit weniger.
Also: Eigentlich nichts Neues und wirklich Umwerfendes.
Jetzt kommen wir aber zur Ausgangsfrage: Macht eine solche Behandlung bei Schwertklingen Sinn ?.
Da ist die Antwort eigentlich ziemlich klar: Bei mit Verstand gefertigten Schwertklingen ist das Verfahren kaum hilfreich.
Schwertklingen werden, wenn der Hersteller sein Fach versteht, aus allenfalls leicht übereutektoidischen Stählen gemacht, vernünftigerweise eher aus leicht untereutektoidischen. Der Grund ist sehr einfach. Sie sollen hart und flexibel sein. Die volle Härte wird aber schon bei einem C-Gehalt ab ca. 0,6 % erreicht. Bei richtiger Behandlung sind Stähle in dieser Kategorie auch die zähesten und elastischsten.
Solche Stähle bilden wenig Restaustenit, würden also von einer Tiefstkühlbehandlung am wenigsten profitieren.
Bevor jemand die Idee klaut: Mir ist die Senstion auf dem Schneidmarkt gelungen: Noch vor den beiden jetzt mit dem Nobelpreis ausgezeichnetn Wissenschaftlern ist es mir gelungen, Kohlenstoff in Graphen-Form in der Klinge auszuscheiden und zwar exakt in der Klinegnmitte. Graphen ist, wie wir wissen, härter als Diamant und mechanisch enorm belastbar. Die Graphenschicht ist nur eine Atomlage dick, erlaubt also Schneiden von ungeahnter Schärfe. Es ist auch ganz einfach, sie beim Schleifen freizulegen. Wenn an der Klinge kein Abschliff mehr festzustellen ist, vielmehr der Schleifstein sich in wenigen Umdrehungen auf Null abnützt, ist die Graphenschicht erreicht.
Ich will auch aus der Herstellung kein Geheimnis machen: Beim Falten der Damastpakete wird die Seite , die nach innen kommt, kräftig mit einem Zimmermannsbleistift eingerieben. Der dabei haften bleibende Graphit wandelt sich beim Feuerschweißen in das erwünschte Graphen um.
Vorsicht: Wenn man die Graphitschicht zu dick macht und beim Schweißen mit dem Hammer zu fest zuschlägt, entsteht statt des Graphens Diamant- auch nicht schlecht, aber hier doch nicht ganz erwünscht.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
@Gerfin: Wird denn die Graphenschicht durch TK-Behandlung noch verschleißfester? Ist es möglich, durch gezielte Hammerschläge, die Schneidlage so differenziert in Diamant umzuformen, dass man eine Mikro-Sägestruktur erhält. Das wäre zum Schneiden von frischem Krustenbrot ungemein hilfreich.
Falls Du mal Versuche in dieser Richtung machst, würde ich mich über eine Mitteilung freuen!
viele Grüße
mico
Falls Du mal Versuche in dieser Richtung machst, würde ich mich über eine Mitteilung freuen!
viele Grüße
mico
Verdammt, so einfach ist das mit dem Graphen und steht doch in keinen Lehrbuch... 
roman
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Na weils nicht ganz so ist, wies da steht.
Die Literatur gibt an, dass sich nach dem Abschrecken das geschieht meist im Bereich von 20-60°C ein bestimmter Anteil an RA im Gefüge befindet. Dieser Anteil ist abhängig von der Legierungszusammensetzung, und dem Austinitisierungszustand wie das Diagramm auch richtig angibt. Dann geschieht ja erst mal garnix, denn das handwarme Bauteil muss nun entweder gereinigt und/oder umchargiert werden und das dauert seine Zeit.
Diese Zeit nutzt der lieb gewonnene Restaustenit sich zu stabilisieren.
Also das heisst, unsere Kurve ist erst mal unterbrochen. Hierzu mal Verhoeven bei Seite 138 auf www.Damaszener.de nachlesen. Und umso länger das Zwischenlagern Dauert umso stabiler wird auch der RA und damit resistenter gegen etwaige Umwandlung...
Dann kommt das Bauteil anschließend ins Tiefkühlmedium und da ist die Kurve etwas irreführend denn bis ca. -60°C geschieht erst mal garnix weltbewegendes, da die Induktion der Druckspannungen über die Tiefkühlung noch keine ausreichende Aktivierungsenergie erbringt, um den Vorgang zu starten.
Dann aber bricht die Umwandlung los und das je "Zelle" mit Schallgeschwindigkeit. Und natürlich glaubt man, dass, je kühler das gemacht wird, es umso besser geht. Da haben aber einige Forscher herausgefunden (Bitte Hierzu weiterführende Literaturverzeichnisse im Rapatz usw. nacharbeiten), dass sich ein Umwandlungsmaximum bei etwa -120°+-20 einstellt, darunter geht es scheinbar wieder langsamer.
Aber zurück zu unserer Kurve die müsste praktisch zwischen RT und sagen wir mal -50° praktisch kaum messbare Reaktionen zeigen. Also eine Lücke aufweisen, dann da geschieht fast nix. Zudem muss ich mir bei genauer Betrachtung der Kurve die Frage stellen, wieso ich den eine sauteure Tiefkühlung mit -196°C kaltem Stickstoff machen soll, wenn ich den Großteil der Umwandlung bereits bis -53°C erreiche. Irgendwie rechnet sich das bei mir nicht.
Das hat der nette Herr vom Marketing vermutlich schlichtweg übersehen. Ganz zu schweigen, dass man da ja in Erklärungsnot geraten würde, warum da eine Anomalie ("Im Warpkern") ist.
Daher denke ich mal, dass er da ein wenig das Linieal benutzt hat, denn solche "Kleinigkeiten" sind für den wohlbetuchten Kunden ja nicht so wichtig.
Nun das dürfte vermutlich auch der Grund sein, weshalb man in der Fachliteratur, solche "überlagerten Kurven" eigentlich nicht findet
Cryo
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Sorry, dass ich so lange nicht geantwortet habe, aber aber Beruf, Familie, Haus und Hund und ein wenig Marathon laufen, fordern halt auch Ihre Zeit und dann noch der schreckliche Verhoeven mit zweihundert Seiten Fach-Englisch...
Leider kann ich Deinen Ausführungen nicht so ganz folgen, Du verweist auf Verhoeven (Seite 138, Fig. 13.14) und schreibst:
später schreibst Du:
Tja und irgendwie habe ich den Eindruck Du redest von unterschiedlichen Kurven, denn in der Kurve 13.14 gibt es nur pauschale Temperaturangaben, übrigens auch bei 4.15 (auf die V. verweist).
Und irgendwie ist da ein Widerspruch, passiert nun was bis -53°C oder erst ab-60°C???
Leider kann ich Deinen Ausführungen nicht so ganz folgen, Du verweist auf Verhoeven (Seite 138, Fig. 13.14) und schreibst:
später schreibst Du:
Tja und irgendwie habe ich den Eindruck Du redest von unterschiedlichen Kurven, denn in der Kurve 13.14 gibt es nur pauschale Temperaturangaben, übrigens auch bei 4.15 (auf die V. verweist).
Und irgendwie ist da ein Widerspruch, passiert nun was bis -53°C oder erst ab-60°C???
roman
MF Ehrenmitglied
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Figur 13.14 geht von einem direkten Abkühlvorgang bis zu MF aus. Technisch zwar machbar aber in der Praxis ist das kaum darstellbar denn es entspräche einem Abschrecken in flüssigem Stickstoff oder Helium unabhängig von den Kosten und den dazu notwendigen technischen Gerätschaften, kann dies bei komplizierten Geometrien zum Totalverlsut des Bauteils aufgrund von Rissbildung kommen.
Das gilt eben auch für die "Lindekurve".
In der Praxis vergeht eben Zeit zwischen dem Abkühlen durch Öl oder Gas nach der Austinitisierung auf Rt und dem weiteren Abkühlen auf TK-Temperatur, da man die Teile händeln muss und den Temperaturausgleich sicherzustellen hat.
Die Fig 13.14 gibt dabei den schematischen Verlauf an was geschieht wenn man ein bestimmte Zeit x hierbei verstreichen lässt.
Was man dabei weis ist, dass sich der RA in der verstrichenen Zeit zu stabilisieren beginnt und sich daher nicht mehr vollständig in Martensit umwandeln lässt.
Die "Lindekurve" zeigt nur an das mit abnehmender Temperatur der RA umwandelt. Damit lässt sie auch ein verstreichen der Zeit nach der Entnahme aus dem Härteofen außer Betracht.
Sie suggeriert damit, dass man einfach nur TK muss und dann wandelt man RA zu 100% in Martensit um. Einen Stabilisierungseffekt kennt die Kurve damit nicht und sie vernachlässigt damit auch das in der Praxis notwendige Händling.
Was man darüber hinaus weis ist, dass hat man den Vorgang erst mal unterbrochen, braucht man ein gewisses Maß an Aktivierungsenergie (Druckspannungen) um ihn wieder in Gang zu setzten das geschieht aber erst bei -50°C bis -60°C. Auch das zeigt die Kurve ja nicht.
Würde man aber die Linde-Kurve für 100%-Wahr nehmen, dann sind nach dem Abschrecken und der Entnahme bei 60°C bei einer TK von -53°C gut die Hälfte (Hellblaue Kurve "1020°C 12% auf 5%) des RA bereits umgewandelt und bei (1100°C Austinitisierung sind von 37% nur noch 14% bei -53°C über) um die restlichen 10% zu holen muss ich aber TK auf -196°C und das ist teuer. Daher würde der sparsame Anwender eben auf mittlere HT setzen, damit ich nur auf -60°C kühlen müsste, das geht auch ohne flüssig N2. Das fällt aber dann Linde in den Rücken.
Das gilt eben auch für die "Lindekurve".
In der Praxis vergeht eben Zeit zwischen dem Abkühlen durch Öl oder Gas nach der Austinitisierung auf Rt und dem weiteren Abkühlen auf TK-Temperatur, da man die Teile händeln muss und den Temperaturausgleich sicherzustellen hat.
Die Fig 13.14 gibt dabei den schematischen Verlauf an was geschieht wenn man ein bestimmte Zeit x hierbei verstreichen lässt.
Was man dabei weis ist, dass sich der RA in der verstrichenen Zeit zu stabilisieren beginnt und sich daher nicht mehr vollständig in Martensit umwandeln lässt.
Die "Lindekurve" zeigt nur an das mit abnehmender Temperatur der RA umwandelt. Damit lässt sie auch ein verstreichen der Zeit nach der Entnahme aus dem Härteofen außer Betracht.
Sie suggeriert damit, dass man einfach nur TK muss und dann wandelt man RA zu 100% in Martensit um. Einen Stabilisierungseffekt kennt die Kurve damit nicht und sie vernachlässigt damit auch das in der Praxis notwendige Händling.
Was man darüber hinaus weis ist, dass hat man den Vorgang erst mal unterbrochen, braucht man ein gewisses Maß an Aktivierungsenergie (Druckspannungen) um ihn wieder in Gang zu setzten das geschieht aber erst bei -50°C bis -60°C. Auch das zeigt die Kurve ja nicht.
Würde man aber die Linde-Kurve für 100%-Wahr nehmen, dann sind nach dem Abschrecken und der Entnahme bei 60°C bei einer TK von -53°C gut die Hälfte (Hellblaue Kurve "1020°C 12% auf 5%) des RA bereits umgewandelt und bei (1100°C Austinitisierung sind von 37% nur noch 14% bei -53°C über) um die restlichen 10% zu holen muss ich aber TK auf -196°C und das ist teuer. Daher würde der sparsame Anwender eben auf mittlere HT setzen, damit ich nur auf -60°C kühlen müsste, das geht auch ohne flüssig N2. Das fällt aber dann Linde in den Rücken.
Es könnte der Eindruck entstehen, daß die Cryo-Behandlung- altdeutsch Tiefstkühlbehandlung- etwas ganz Neues sei. Das ist vielleicht von der industriellen Ausführung her richtig, nicht aber von der wissenschaftlichen Überlegung her.
W. Haufe steht in seinem in den Sechziger Jahren erschienenen Buch "Werkzeugstähle und ihre Wärmebehandlung" dem Tiefkühlverfahren recht positiv gegenüber.
Er beschreibt richtig, daß die Zersetzung des Restaustenits bis - 20 Grad C nur sehr langsam vor sich geht-soweit sie überhaupt noch stattfindet-, bis -100 Grad zunehmend schneller und bei w e i t e r e r Abkühlung wieder langsamer stattfindet.
Er verweist insbesondere auf einen Aufsatz von Scheil in: Archiv für das Eisenhüttenwesen 1928/29, s. 379 ff.
Hier ist also offensichtlich auch die Wirkung von Tiefkühlbehandlungen mit unter -100 Grad untersucht worden.
Die Wirkung der Tiefkühlbehandlung bei der Härtung von Schnellarbeitsstählen wird in Haufe: "Die Schnellarbeitsstähle", S. 165 ff mit weiteren Literaturhinweisen behandelt.
Unter anderem wird in einer Tabelle die Wirkung der Tiefkühlbehandlung im Vergleich mit der von mehrmaligem Anlassen dargestellt.
Dabei zeigte sich klar, daß mehrmaliges Anlassen wirksamer war, als die Tiefkühlbehandlung und daß die Kombination von Anlassen und Tiefkühlbehandlung keine weiteren Vorteile brachte.
Für Schnellarbeitsstähle hat sich das Verfahren deshalb im europäischen Raum nicht entscheidend durchgesetzt.
Daraus ist zu schließen:
1. Die Wirkung von Tiefkühlbehandlungen unter 100 Grad wurde untersucht-siehe Scheil- und zum damaligen Zeitpunkt wohl als unwirtschaftlich aufgegeben-Haufe schildert die komplizierten Maßnahmen zur Vermeidung von Spannungsrissen bei diesen Verfahren.
2. Es geht beim Tiefkühlen wie beim Tiefstkühlen um die Umwandlung von Restaustenit.
Nach einer suboptimalen Härtung von Stählen mit viel Restaustenit bringt Tiefkühlung eine unleugbare, deutliche Leistungsverbesserung.
Für Stähle mit wenig Restaustenitbildung ist die Wirkung logischerweise eingeschränkt bis bescheiden.
Tiefkühlbehandlungen machen grundsätzlich nur Sinn, wenn sie alsbald nach dem Härten und Anlassen (wegen der Rißgefahr) vorgenommen werden. Schon nach 2 Stunden hat sich der Restaustenit so stabilisiert, daß er mit einfachem Tiefkühlen nur noch wenig zu beeinflussen ist.
H i e r k ö n n t e der sinnvolle Anwendungsbereich der Tiefstkühlbehandlung liegen. Möglicherweise entsteht durch diese Behandlung genug Umwandlungsdruck, um auch den stabilen Restaustenit umzuwandeln.
Für hochlegierte Stähle mit viel Restaustenit u n d relativ geringer Anlaßbeständigkeit könnten sich damit deutliche Verbesserungen erreichen lassen-typischerweise reagieren Stähle wie D 2 und Konsorten nach der Tabelle von Linde am stärksten.
Versuche sollte man also ruhig machen. Ob die Ergebnisse den Aufwand lohnen, erscheint fraglich.
Für meine Damaste und einfach legierten Wolframstähle werde ich bei den hergebrachten Methoden bleiben.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
W. Haufe steht in seinem in den Sechziger Jahren erschienenen Buch "Werkzeugstähle und ihre Wärmebehandlung" dem Tiefkühlverfahren recht positiv gegenüber.
Er beschreibt richtig, daß die Zersetzung des Restaustenits bis - 20 Grad C nur sehr langsam vor sich geht-soweit sie überhaupt noch stattfindet-, bis -100 Grad zunehmend schneller und bei w e i t e r e r Abkühlung wieder langsamer stattfindet.
Er verweist insbesondere auf einen Aufsatz von Scheil in: Archiv für das Eisenhüttenwesen 1928/29, s. 379 ff.
Hier ist also offensichtlich auch die Wirkung von Tiefkühlbehandlungen mit unter -100 Grad untersucht worden.
Die Wirkung der Tiefkühlbehandlung bei der Härtung von Schnellarbeitsstählen wird in Haufe: "Die Schnellarbeitsstähle", S. 165 ff mit weiteren Literaturhinweisen behandelt.
Unter anderem wird in einer Tabelle die Wirkung der Tiefkühlbehandlung im Vergleich mit der von mehrmaligem Anlassen dargestellt.
Dabei zeigte sich klar, daß mehrmaliges Anlassen wirksamer war, als die Tiefkühlbehandlung und daß die Kombination von Anlassen und Tiefkühlbehandlung keine weiteren Vorteile brachte.
Für Schnellarbeitsstähle hat sich das Verfahren deshalb im europäischen Raum nicht entscheidend durchgesetzt.
Daraus ist zu schließen:
1. Die Wirkung von Tiefkühlbehandlungen unter 100 Grad wurde untersucht-siehe Scheil- und zum damaligen Zeitpunkt wohl als unwirtschaftlich aufgegeben-Haufe schildert die komplizierten Maßnahmen zur Vermeidung von Spannungsrissen bei diesen Verfahren.
2. Es geht beim Tiefkühlen wie beim Tiefstkühlen um die Umwandlung von Restaustenit.
Nach einer suboptimalen Härtung von Stählen mit viel Restaustenit bringt Tiefkühlung eine unleugbare, deutliche Leistungsverbesserung.
Für Stähle mit wenig Restaustenitbildung ist die Wirkung logischerweise eingeschränkt bis bescheiden.
Tiefkühlbehandlungen machen grundsätzlich nur Sinn, wenn sie alsbald nach dem Härten und Anlassen (wegen der Rißgefahr) vorgenommen werden. Schon nach 2 Stunden hat sich der Restaustenit so stabilisiert, daß er mit einfachem Tiefkühlen nur noch wenig zu beeinflussen ist.
H i e r k ö n n t e der sinnvolle Anwendungsbereich der Tiefstkühlbehandlung liegen. Möglicherweise entsteht durch diese Behandlung genug Umwandlungsdruck, um auch den stabilen Restaustenit umzuwandeln.
Für hochlegierte Stähle mit viel Restaustenit u n d relativ geringer Anlaßbeständigkeit könnten sich damit deutliche Verbesserungen erreichen lassen-typischerweise reagieren Stähle wie D 2 und Konsorten nach der Tabelle von Linde am stärksten.
Versuche sollte man also ruhig machen. Ob die Ergebnisse den Aufwand lohnen, erscheint fraglich.
Für meine Damaste und einfach legierten Wolframstähle werde ich bei den hergebrachten Methoden bleiben.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Cryo
Mitglied
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Nein, Tiefstkühlbehandlung oder neudeutsch Cryo-Treatment ist sicher nix Neues. Das die ganze Sache für die industrielle Nutzungen nicht immer wirtschaftlich war bzw. ist, möchte ich nicht bestreiten – was allerdings im Hobbybereich wirtschaftlich und sinnvoll ist, ich glaube dazu muss ich nix sagen. Und Spannungsrisse müssen heutzutage auch kein Thema mehr sein.
Das es zum Tiefstkühlen auch deutschsprachige Untersuchungen gibt, ist klar. Aber in welchen Umfang und in welcher Tiefe sind diese Untersuchungen im Vergleich zu den konventionellen Verfahren angelegt?
Klar es geht beim Tiefkühlen um die Umwandlung von Restaustenit, doch würden dazu (aus wirtschaftlicher Sicht) Temperaturen bis -80°C genügen. Und so ist es ja auch zum Teil gängige Praxis bei einigen industriellen Anwendungen. Aber allein durch das neu gewonnene Martensit kommt es eben nicht so den z.T. beachtlichen Standzeiterhöhungen. Ganz entscheidend tragen hierzu die Bildung feinster Carbide bei. Roman war so freundlich mir dazu die Arbeiten von: Earl A. Carlson "Cold Treating and Cryogenic Treatment of Steel" und Zbigniew Zurecki "Cryogenic Quenching of Steel Revisited" zu schicken. Während Carlson nur die Versuchsergebnisse in diese Richtung interpretierte, konnte Zurecki die Carbide durch elektronenmikroskopische Untersuchungen nachweisen. Dieser Nachweis gelang übrigends auch M. Pellizzari, A. Molinari, S. Gialanella, G. Ischa (University of Trento); K.H. Stiasny (GKN Birfield, Brunico) in: "Deep Cryogenic Treatment Of Tool Steels" D.h. nicht nur bei Stählen mit hoher Neigung zu Restaustenitbildung ist das Tiefkühlen sinnvoll.
Leider wurde nur bei Zurecki untersucht, was mit stabilisierten Restaustenit geschieht. Und zwar Folgendes (aus dem Englischen übersetzt): Die 24 stündige Unterbrechung zwischen Öl-Abkühlung und Stickstoffbehandlung reduzieren den Effekt der anschließenden Cryo-Behandlung, aber der relative Beitrag einer Austenit Stabilisation und dessen begrenzende Wirkung zur Eliminierung konnte in dieser Studie nicht nachgewiesen werden. Oder einfach gesagt, es konnte kein Restaustenit nachgewiesen werden, aber die Carbidbildung war nicht so ausgeprägt. Dieses Resultat können wir aus eigener Erfahrung vielfach bestätigen. Hierzu muss allerdings auch erwähnt werden, dass das Cryo-Treatment über einen Zeitraum von 24 Stunden erfolgte. Die Behandlungsdauer bei M. Pellizzari et. al. lag sogar bei 35 Stunden. Unser Verfahren ist sogar noch länger angelegt, womit auch wieder in den Bereich der Carbide bessere Ergebnisse erzielen.
Was bei Damast passiert ist eine spannende Frage, kommt sicherlich auch auf die verwendeten Stähle und deren Struktur durchs Falten usw. an – aber ob und welche Auswirkungen eine Tiefkühlbehandlung hat, da bin ich hin und her gerissen, aber ich weiß es nicht.
Servus Marcus
Das es zum Tiefstkühlen auch deutschsprachige Untersuchungen gibt, ist klar. Aber in welchen Umfang und in welcher Tiefe sind diese Untersuchungen im Vergleich zu den konventionellen Verfahren angelegt?
Klar es geht beim Tiefkühlen um die Umwandlung von Restaustenit, doch würden dazu (aus wirtschaftlicher Sicht) Temperaturen bis -80°C genügen. Und so ist es ja auch zum Teil gängige Praxis bei einigen industriellen Anwendungen. Aber allein durch das neu gewonnene Martensit kommt es eben nicht so den z.T. beachtlichen Standzeiterhöhungen. Ganz entscheidend tragen hierzu die Bildung feinster Carbide bei. Roman war so freundlich mir dazu die Arbeiten von: Earl A. Carlson "Cold Treating and Cryogenic Treatment of Steel" und Zbigniew Zurecki "Cryogenic Quenching of Steel Revisited" zu schicken. Während Carlson nur die Versuchsergebnisse in diese Richtung interpretierte, konnte Zurecki die Carbide durch elektronenmikroskopische Untersuchungen nachweisen. Dieser Nachweis gelang übrigends auch M. Pellizzari, A. Molinari, S. Gialanella, G. Ischa (University of Trento); K.H. Stiasny (GKN Birfield, Brunico) in: "Deep Cryogenic Treatment Of Tool Steels" D.h. nicht nur bei Stählen mit hoher Neigung zu Restaustenitbildung ist das Tiefkühlen sinnvoll.
Leider wurde nur bei Zurecki untersucht, was mit stabilisierten Restaustenit geschieht. Und zwar Folgendes (aus dem Englischen übersetzt): Die 24 stündige Unterbrechung zwischen Öl-Abkühlung und Stickstoffbehandlung reduzieren den Effekt der anschließenden Cryo-Behandlung, aber der relative Beitrag einer Austenit Stabilisation und dessen begrenzende Wirkung zur Eliminierung konnte in dieser Studie nicht nachgewiesen werden. Oder einfach gesagt, es konnte kein Restaustenit nachgewiesen werden, aber die Carbidbildung war nicht so ausgeprägt. Dieses Resultat können wir aus eigener Erfahrung vielfach bestätigen. Hierzu muss allerdings auch erwähnt werden, dass das Cryo-Treatment über einen Zeitraum von 24 Stunden erfolgte. Die Behandlungsdauer bei M. Pellizzari et. al. lag sogar bei 35 Stunden. Unser Verfahren ist sogar noch länger angelegt, womit auch wieder in den Bereich der Carbide bessere Ergebnisse erzielen.
Was bei Damast passiert ist eine spannende Frage, kommt sicherlich auch auf die verwendeten Stähle und deren Struktur durchs Falten usw. an – aber ob und welche Auswirkungen eine Tiefkühlbehandlung hat, da bin ich hin und her gerissen, aber ich weiß es nicht.
Servus Marcus
Cryo
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Nun habe ich mal „gegoogelt“ was überhaupt „Last Legend Schwerter“ sind, im Allgemeinen wohl Katanas. Jetzt kommt die Preisfrage. Für was benötige ich so ein Schwert? Für den Einsatz im Kampfsport? Kann ich mir nicht vorstellen, viel zu gefährlich. Also dann doch für die Wand oder Vitrine. – Bitte korrigiert mich, wenn ich da falsch liege.
Wozu soll man dann so ein Schwert tiefkühlen?
Macht für mich keinen Sinn.
Kann ich mir nicht vorstellen, viel zu gefährlich. Also dann doch für die Wand oder Vitrine. – Bitte korrigiert mich, wenn ich da falsch liege.Wozu soll man dann so ein Schwert tiefkühlen?
Macht für mich keinen Sinn.Als stolzer Besitzer eines Mikusa Nohara von LL (noch bevor Nordavind verschwand) meine Meinung dazu:
Die Schwerter sind weder sonderlich hübsch noch sonstwie "anders" als andere Katana moderner Fertigung. Was sie aber sind, ist sehr (und ich meine SEHR) scharf und, wie ich finde, auch sehr schnitthaltig, grade bei Schnitttests an frischem Bambus.
Das man die Cryo-Behandlung für Iaito und Schaukampfschwerter nicht braucht ist klar, für mich wars damals der "will-haben-Faktor" und für mich der Reiz des Neuen, von Cryo hatte ich damals noch nichts gehört.
Mein Mikusa hat schon einiges hinter sich (einschließlich Fehler meinerseits) und die Klinge schlägt sich äußerst wacker.
Hat sichs gelohnt (was den Mehrpreis angeht)?
Weiß ich nicht, denn ich habe kein Katana aus LL-Fertigung ohne Cryo, aber das das ich hab ist klasse...
Die Schwerter sind weder sonderlich hübsch noch sonstwie "anders" als andere Katana moderner Fertigung. Was sie aber sind, ist sehr (und ich meine SEHR) scharf und, wie ich finde, auch sehr schnitthaltig, grade bei Schnitttests an frischem Bambus.
Das man die Cryo-Behandlung für Iaito und Schaukampfschwerter nicht braucht ist klar, für mich wars damals der "will-haben-Faktor" und für mich der Reiz des Neuen, von Cryo hatte ich damals noch nichts gehört.
Mein Mikusa hat schon einiges hinter sich (einschließlich Fehler meinerseits) und die Klinge schlägt sich äußerst wacker.
Hat sichs gelohnt (was den Mehrpreis angeht)?
Weiß ich nicht, denn ich habe kein Katana aus LL-Fertigung ohne Cryo, aber das das ich hab ist klasse...
Zu Beitrag 52
Hier ist genau der springende Punkt angesprochen !.
Eine Umwandlung des gesamten oder eines Teils des Restaustenits durch Cryo-Behandlung-ich schließe mich aus Gründen der Verständlichkeit der Terminologie an- wäre nichts besonderes. Die Umwandlung könnte schon im Temperaturbereich von - 80 Grad durchgeführt werden und wäre ausreichend wirksam, wenn man sie alsbald, also an nicht stabilisiertem Restaustenit durchführt.
Einen Grund, die zu behandelnden Werkzeuge bewußt erst mal liegen zu lassen und später der Cryo-Behandlung zu unterziehen, kann es ja nicht geben.
Was aber sehr interessant klingt, ist die Ausscheidung feinster Karbide.
Das wäre für die Leistung wesentlich wirksamer als die Umwandlung des Restaustenits allein.
Ich bin mir nur nicht im klaren, wie das vor sich gehen soll.
Die nach dem Härten vorhandenen Karbide sind ja da und können sich durch die Tiefstkühlung nicht verändern.
Im zunächst nicht umgewandelten Restaustenit ist natürlich auch noch Kohlenstoff gelöst. Der müßte aber eigentlich bei der Umwandlung des Restaustenits in den neu entstehenden Martensit übergehen.
Wo kommen dann die so sehnlichst erwünschten feinsten Karbidchen her ?.
Wenn eine der Veröffentlichungen dazu eine nachvollziehbare Auskunft gäbe, wäre ich daran sehr interessiert.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Hier ist genau der springende Punkt angesprochen !.
Eine Umwandlung des gesamten oder eines Teils des Restaustenits durch Cryo-Behandlung-ich schließe mich aus Gründen der Verständlichkeit der Terminologie an- wäre nichts besonderes. Die Umwandlung könnte schon im Temperaturbereich von - 80 Grad durchgeführt werden und wäre ausreichend wirksam, wenn man sie alsbald, also an nicht stabilisiertem Restaustenit durchführt.
Einen Grund, die zu behandelnden Werkzeuge bewußt erst mal liegen zu lassen und später der Cryo-Behandlung zu unterziehen, kann es ja nicht geben.
Was aber sehr interessant klingt, ist die Ausscheidung feinster Karbide.
Das wäre für die Leistung wesentlich wirksamer als die Umwandlung des Restaustenits allein.
Ich bin mir nur nicht im klaren, wie das vor sich gehen soll.
Die nach dem Härten vorhandenen Karbide sind ja da und können sich durch die Tiefstkühlung nicht verändern.
Im zunächst nicht umgewandelten Restaustenit ist natürlich auch noch Kohlenstoff gelöst. Der müßte aber eigentlich bei der Umwandlung des Restaustenits in den neu entstehenden Martensit übergehen.
Wo kommen dann die so sehnlichst erwünschten feinsten Karbidchen her ?.
Wenn eine der Veröffentlichungen dazu eine nachvollziehbare Auskunft gäbe, wäre ich daran sehr interessiert.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Cryo
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Ja, ich auch. Das ist der springende Punkt, das hüpfende Komma... 
So sehr ich mich auch schon bemühe, es gibt zahlreiche Arbeiten zum Tiefkühlen von Stahl (nicht in Deutsch) die den Nachweis via Elektronenmikroskop erbringen, dass sich feine Carbide bilden. Diese werden beschrieben als schwarze Fe2C- oder auch M2C- Carbide in einer Größenordnung von 100-250nm.
Aber leider begnügt man sich damit und den Nachweis, dass sich die Verschleißrate daraufhin verbessert. So umfassende und detaillierte Beschreibungen zum Umwandlungsprozess wie man sie bei konventionellen Wärmebehandlungen findet, gibt es scheinbar nicht.
Hatte mich früher auch nicht wirklich interessiert, da hat mir die nachgewiesene Standzeiterhöhung gereicht, aber langsam interessiert mich schon. Und es ärgert mich tierisch nix zu finden, was die Prozesse beim Cryo-Treament beschreibt.
So sehr ich mich auch schon bemühe, es gibt zahlreiche Arbeiten zum Tiefkühlen von Stahl (nicht in Deutsch) die den Nachweis via Elektronenmikroskop erbringen, dass sich feine Carbide bilden. Diese werden beschrieben als schwarze Fe2C- oder auch M2C- Carbide in einer Größenordnung von 100-250nm.
Aber leider begnügt man sich damit und den Nachweis, dass sich die Verschleißrate daraufhin verbessert. So umfassende und detaillierte Beschreibungen zum Umwandlungsprozess wie man sie bei konventionellen Wärmebehandlungen findet, gibt es scheinbar nicht.
Hatte mich früher auch nicht wirklich interessiert, da hat mir die nachgewiesene Standzeiterhöhung gereicht, aber langsam interessiert mich schon. Und es ärgert mich tierisch nix zu finden, was die Prozesse beim Cryo-Treament beschreibt.
Cryo
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Einen Grund die Werkzeuge liegen zu lassen gibt es schon. Räumnadeln z.B. oder auch Walzen etc. werden aus bereits gehärteten Stahl gefertigt und so der Industrie verkauft.
Bei Messern, respketive Schwertern ist das natürlich etwas anderes, wenn man die Klingen direkt nach den Anlassen tiefkühlt, kann man die TK-Zeit dratisch verkürzen. Ist das allerdings nicht möglich, muss das Cryo-Treatment länger dauern, um den gleichen Effekt zu erzielen. (siehe dazu auch Zurecki)
Bei Messern, respketive Schwertern ist das natürlich etwas anderes, wenn man die Klingen direkt nach den Anlassen tiefkühlt, kann man die TK-Zeit dratisch verkürzen. Ist das allerdings nicht möglich, muss das Cryo-Treatment länger dauern, um den gleichen Effekt zu erzielen. (siehe dazu auch Zurecki)