Härten von 1.2842, Elastizität vs. Zähigkeit [aus: Tapferes Schneiderlein]

[The Blade]

- 90MnCrV8
- Härten = Abschrecken aus der Härtetemperatur (790-820°C) in Öl
- Anlassen = Anwärmen auf Anlasstemperatur (150-250°C) je nach gewünschter Härte
- Ja, mit steigender Anlasstemperatur sinkt die Härte und steigt die Zähigkeit
- Ja (1.0 Roman ist die maximal menschlich denkbare Schärfe, die Roman Landes an einem Freitag, den 13., bei Vollmond zwischen Mitternacht und ein Uhr erreichen kann)

So, jetzt auch noch eine dumme Frage von mir...
Erstmal glückwunsch zu dem netten Küchenmesser... Es hat etwas und ich gratuliere. Du schreibst, dass du es auf 67HRC gehärtet hast. Nun, ich arbeite auch öfter mit dem Stahl und lt. Stahlschlüssel beträgt die Maximal erreichbare Härte beim Abschrecken in Öl 64HRC. Welchen Zaubertrick wendest du an

Aber lass dich durch diese Fragen nicht aus dem Konzept bringen, das Messer ist trotz der Differenz von 3HRC sauber

 

[The Blade]

- 90MnCrV8
- Härten = Abschrecken aus der Härtetemperatur (790-820°C) in Öl
- Anlassen = Anwärmen auf Anlasstemperatur (150-250°C) je nach gewünschter Härte
- Ja, mit steigender Anlasstemperatur sinkt die Härte und steigt die Zähigkeit
- Ja (1.0 Roman ist die maximal menschlich denkbare Schärfe, die Roman Landes an einem Freitag, den 13., bei Vollmond zwischen Mitternacht und ein Uhr erreichen kann)

Es sinkt die Härte und steigt die Elastizität Ich weiss, ich bin ein Erbsenzähler, aber Zähigkeit ist nicht = Elastizität. Du meintest aber trotzdem das gleiche, hast es nur etwas unglücklich ausgedrückt, denn wenn die Zähigkeit steigen würde wäre es ja wieder härter

Kurzum für die neuen: Der Stahl wird bei steigender Anlasstemperatur weicher und die Gefahr des "Brechens der Klinge" sinkt. Sie wird elastischer, dafür aber auch weicher und somit nicht mehr so Schneidkantenstabil.

 

[GeHaWe]

So, jetzt auch noch eine dumme Frage von mir...
Erstmal glückwunsch zu dem netten Küchenmesser... Es hat etwas und ich gratuliere. Du schreibst, dass du es auf 67HRC gehärtet hast. Nun, ich arbeite auch öfter mit dem Stahl und lt. Stahlschlüssel beträgt die Maximal erreichbare Härte beim Abschrecken in Öl 64HRC. Welchen Zaubertrick wendest du an

Aber lass dich durch diese Fragen nicht aus dem Konzept bringen, das Messer ist trotz der Differenz von 3HRC sauber

Hi Blade,

Der Stahlschlüssel hällt sich bei den Härtewerten wahrscheinlich etwas auf der sicheren Seite.

Bei größeren Teilen wie Wellen oder Hebel müsste er recht genau sein.

Ich habe die Klinge selbst gehärtet und die Härte nach dem Abschrecken selbst geprüft. Kann aber sein, dass unser Härteprüfer ein, zwei Punkte zu optimistisch ist, will ich nicht ausschließen.

Wir haben hier bei Messern praktisch Idealbedingungen. Sehr dünne Geometrie, das heißt sehr kurze Verweilzeit im Ofen (hier waren es 5 Minuten plus 2 Minuten dazu für den Temperaturabfall fürs Türöffnen). Recht kleine Masse bei großer Oberfläche, das verspricht superschnelle Abkühlgeschwindigkeit. Da können die Härteangaben ev. überschritten werden. Dazu war das Material ein Präziflach, also recht hochwertiges Ausgangsmaterial.

Ich habe gehört, dass durch extrem schnelles Abschrecken noch höhere Härten möglich sind. Da will ich später mal etwas ausprobieren, dann mehr dazu.

Grüße

Gerhard

 

[The Blade]

Ich danke dir, Gerhard. Selbst habe ich noch nicht mit einem Härteprüfer gearbeitet, aber ich kenne jemanden, der einen hat. Wäre mal eine Möglichkeit etwas wissenschaftlicher an die Sache heranzugehen.

Habe mich beispielsweise mal gefragt, wieso Leute Stahl in Wasser abschrecken und auf 64 HRC härten um ihn dann auf 59 anzulassen,
wenn man ihn in Öl auf 61 härten kann und dann bei etwas weniger Temperatur auch auf 59 anzulassen. Da dürfte aber dann wohl kein Unterschied in der Schneidleistung bestehen -oder?

 

[GeHaWe]

...
Habe mich beispielsweise mal gefragt, wieso Leute Stahl in Wasser abschrecken und auf 64 HRC härten um ihn dann auf 59 anzulassen,
wenn man ihn in Öl auf 61 härten kann und dann bei etwas weniger Temperatur auch auf 59 anzulassen. Da dürfte aber dann wohl kein Unterschied in der Schneidleistung bestehen -oder?

Der Unterschied ist meines Erachtens nach gewaltig!
Nach meinem bescheidenen Wissen über Härtevorgänge läuft das so ab:
Durch das Abschrecken ändert sich die Kristallstruktur, es entsteht ein Körper mit hoher Härte und kaum Zähigkeit, dafür aber sehr spröde. Wenn dieser Körper nun angelassen wird, steigt die Flexibilität und wohl auch die Zähigkeit.

Wenn man ursprünglich auf etwas weniger Härte härtet, so ist der Körper dennoch sehr spröde. Wenn man also nicht das volle Härtepotenzial ausnutzt, so haben wir weniger Härte und damit weniger Schneidenstandzeit und trotzdem weniger Flexibilität und Zähigkeit als unter idealen Bedingungen.

Auch ich vertrete die Drittel-Theorie: Ein Messer wird in seinen Schneideigenschaften bestimmt zu 1/3 Werkstoff, 1/3 Schneidengeometrie, 1/3 Wärmebehandlung.

Da gibt es Leute, die schleifen die tollsten Klingen und verarbeiten unter viel Schweiß die schwierigsten Werkstoff und verschenken viel, wenn sie es irgendwohin zum Härten geben.

Daher wollte ich das Ding unbedingt selbst härten und die Reaktion des Materials nach dem Härten und zwischen und nach den Anlassvorgängen betrachten - da hab' ich was gelernt.

Grüße

Gerhard

 

[Arno Eckhardt]

Hallo Leute

Ein paar klärende Worte:

Die Angaben in den Tabellenbüchern sind immer bezogen auf relativ starke Querschnitte (20 - 30 mm Rund). Das feine (Messer)geometrieen also u.U. mehr Härte annehmen, ist völlig normal und für uns sehr vorteilhaft, weil:

- Durch die verkürzten Haltezeiten das Martensitkorn feiner wird
- Durch die schnelle Abkühlung i.d.R. weniger Restaustenit im Stahl verbleibt
- Sich der letzte Rest an Austenit dann durch Anlassen leichter beseitigen lässt.

Es ist also prinzipiell immer gut, sehr hohe Abschreckhärten anzustreben und die Gebrauchshärte durch Anlassen einzustellen, um möglichst wenig Restaustenit und ein möglichst feines Korn zu erhalten.

Wenn man nämlich nach dem Abschrecken weniger Härte hat, als der Stahl laut Tabelle bringt, hat man kein optimales Gefüge und damit auch keine optimalen Schneideigenschaften. Das kann sich der Besitzer eines Härteprüfgerätes folgendermaßen austesten:

1. Messung nach dem Abschrecken
2. Messung nach dem 1. Anlassen

Steigt die Härte nach dem Anlassen noch weiter an, wurde mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit noch Restaustenit in Martensit umgewandelt. Ein Sicheres Zeichen für hohen Restaustenitgehalt nach dem Abschrecken.

Bringt der Stahl schon bei der ersten Messung mehr Härte, als eigentlich angegeben, ist man auf der sicheren Seite und braucht somit keinen zweiten Abdruck in das schöne Werkstück quetschen. Das gilt jetzt natürlich vor allem für un- und niedriglegierte Stahlsorten wie etwa 1.2842.

 

[hobby]

Es sinkt die Härte und steigt die Elastizität Ich weiss, ich bin ein Erbsenzähler, aber Zähigkeit ist nicht = Elastizität. Du meintest aber trotzdem das gleiche, hast es nur etwas unglücklich ausgedrückt, denn wenn die Zähigkeit steigen würde wäre es ja wieder härter

Kurzum für die neuen: Der Stahl wird bei steigender Anlasstemperatur weicher und die Gefahr des "Brechens der Klinge" sinkt. Sie wird elastischer, dafür aber auch weicher und somit nicht mehr so Schneidkantenstabil.

Ok, dann muss ich etwas präzisieren bzw. Begriffe definieren:

„Die Zähigkeit beschreibt die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen eine Rissausbreitung. Dies geschieht durch Energieaufnahme bei der plastischen Verformung. Typische Beispiele für zähe Materialien sind die meisten Metalle. Bei Fluiden spricht man dagegen von der Viskosität.
Das Gegenteil der Zähigkeit ist die Sprödigkeit. Beispiele für spröde Materialien sind Glas, Keramik und einige Kunststoffe. Diese Materialien sind nur sehr begrenzt in der Lage, sich plastisch zu verformen und können somit wesentlich weniger Energie aufnehmen als zähe Werkstoffe.“ (Wikipedia)

„Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen, härteren Körpers entgegensetzt. .“ (Wikipedia)


"Durch das Anlassen wird die Sprödigkeit gemildert" (Dubbel), so
weit sind wir uns wohl einig.
Da aber Sprödigkeit das Gegenteil von Zähigkeit ist, muss also mit sinkender Sprödigkeit die Zähigkeit steigen!


"... angelassen, so nimmt die Härte merklich ab ... erhält ein feinkörniges Gefüge guter Festigkeit und hoher Zähigkeit (Dubbel).

Na also, wer sagts denn.


Die Elastizität dagegen verändert sich nicht, sie ist eine Materialkonstante, die durch den E-Modul ausgedückt wird!
Was Du vermutlich sagen wolltest ist, dass das angelassene Material höhere Dehnungen zulässt, bevor es bricht, der Bereich der elastischen Dehnungen also grösser wird, aber eben nicht elastischer, sondern zäher!


"Zähigkeit ist nicht = Elastizität" (s. o.) ist richtig, das habe ich aber auch nicht behauptet.


"wenn die Zähigkeit steigen würde wäre es ja wieder härter" (s. o.) ist nicht korrekt, da vergleichst Du verschiedenes.

 

[harry koenig]

hi leute,
kann dazu nur sagen dass die letzten klingen,die ich aus 2842 gehärtet habe(damast von claymore,peter abel)auch sehr hart worden,mein härtemessgerät ging zum teil auf 69hrc rauf!!!habe fast meinen augen nicht getraut,teilweise dann zum glück auch "nur"58hrc.ist eben damast.
die klinge wurde ohne härtefolie bei 880grad 10min gehalten,dann in öl abgeschreckt,die klinge in noch heissem zustand ca.130Grad in den anlassofen und dann 1std.bei 180grad angelassen.hohe härte bei 2842 ist also keine seltenheit.kommt immer darauf an für welche zwecke man die klige braucht!!!
gruss harry

www.koenig-knives.de

 

[Claymore]

Ich habe grade mit Harry,
telefoniert und will dazu noch ein paar erklärende Worte sagen.

Bei der betreffendende Klinge handelte es sich um eine Dreilagenkonstruktion.
1.2510 in der Schneidlage, die Seitenlagen aus 1.2842, ck45 und evtl. einem nickelhaltigen Material.
Das erklärt schonmal den großen Härteunterschied.
Beri dem gerät handelt es sich um ein elektronisches Teil, mit dem man auch an schrägen Flächen die Härte messen kann ohne zu befürchten, das der Prüfkegel verrutscht.
Die 880° C erscheinen auf den ersten Blick ein wenig hoch, dazu muss man aber sagen, das der Ofen den Harry nutzt im unteren Temperaturbereich wozu die Werkzeugstählegehören wohl etwas optimistisch anzeigt.
Die 880° C haben sich nach mehreren Experimenten mit Harry als die Temperaturzone gezeigt, bei der die Werkzeugstähle die bei Temperaturen um die 800° C härten die optimale Härte erreichen.


gruß

Peter

 

[harry koenig]

genau das wollt ich sagen,oder so!!!hähä!!
wobei auch mal zu klären wäre,wie unterschiedlich die verschiedenen härteprüfgeräte arbeiten.habe leider nur das elektronische zur verfügung.hat jemand ein diamantprüfgerät?(leider weiss ich den richtigen namen nicht).man könnte evtl.bei claymore`s schmiedefest verschiede härteprüfverfahren testen.
@claymore:wär vielleicht`ne idee als neuen treat zu starten???oder so!!
gruss harry

www.koenig-knives.de

 

[The Blade]

Was Du vermutlich sagen wolltest ist, dass das angelassene Material höhere Dehnungen zulässt, bevor es bricht, der Bereich der elastischen Dehnungen also grösser wird, aber eben nicht elastischer, sondern zäher!

Ja, genau so. Meine güte was bin ich dankbar, dass wir uns hier in einem deutschsprachigen Forum befinden, denn so etwas in englisch aufzuarbeiten, da blättert man sich die Finger im Wörterbuch wund

Aber dass dies zum neuen thema gemacht wurde zeigt ja, dass es doch einige nennenswerte Unterschiede gibt und 60 HRC nicht 60HRC sind. Das eine ist eine Zahl für den Messkegel, das andere eben die "wahren Werte des Stahls).

Danke an Alle, die hier Input geliefert haben !!

 

[U. Gerfin]

Ich versuche noch mal, die wesentlichen Aussagen zusammenzufassen.
1. Extrem hohe Härtewerte bei Messerklingen sind nichts Ungewöhnliches. Arno hat das richtig erklärt. Bei den zierlichen Geometrien und geringen Massen kann durch Abkürzen der Erwärmungs- und Haltezeiten das Korn feiner gehalten werden. Die schnelle Abschreckung ohne Nachwärmen aus dem Innern des Werkstücks wirkt ebenfalls in Richtung einer erhöhten Härte. Rose und Rademacher, zwei der großen Kapazitäten der Stahlforschung, haben einmal Härteversuche mit 2 mm -Blättchen gemacht und dabei mit normalen C- Stählen und niedrig legierten Werkzeugstählen Härten bis 72 HRC erzielt. Ähnliche Wirkungen erzielt man ja auch aus den gleichen Gründen bei der Induktionshärtung feiner Sägezahnspitzen. Georg v. Tardy hat von mir eine Taschenmesserklinge aus Damast, die er mit 1200 HV getestet hat.
2. Höhere Härte bedeutet nicht unbedingt geringere Zähigkeit. Ein feinkörniges Gefüge mit feinen Karbidchen kann wesentlich zäher sein, als ein grobkörniges und gleichzeitig deutlich härter sein.
3. Die Angaben im Stahlschlüssel beziehen sich auf den Querschnitt 25 mm vierkant. Das beeinflusst die mögliche Härteannahme schon negativ- siehe Arnos Ausführungen.
4. Mit dem Anlassen ist nicht unbedingt und gleich ein Härteverlust und Zähigkeitsgewinn verbunden.Im Anlaßbereich von bis 200-220 Grad kann die Härte wegen der Umwandlung eines Teils des Restaustenits steigen. Bei der Umwandlung vom tetragonalen in den kubischen Martensit sinkt die Härte nur minimal oder gar nicht, die Zähigkeit steigt aber bis 200 Grad deutlich an, um dann wieder zu sinken, obwohl dann die Härte deutlich abfällt- ich gehe hier von unlegierten oder niedrig legierten Stählen aus, bei den höherlegierten verzögern sich diese Erscheinungen und verschieben sich zu höheren Temperaturen, bis es bei hochlegierten Stählen durch Karbidausscheidung zum Sekundärhärtemaximum kommt. Das spielt aber z.B. für den 1.2842 keine Rolle.
5. Die Vorstellung, daß es einen gewaltigen Unterschied macht, ob ein Stahl auf 64 HRC in Wasser oder 61 HRC in Öl gehärtet wird, und dann auf 59 HRC angelassen wird, halte ich so für nicht richtig. W. Haufe-Die Werkzeugstähle und ihre Wärmebehandlung- schreibt das anders. Ich halte seine Darstellung für grundsätzlich richtig. Das Härtegefüge Martensit entsteht durch eine Art Umklappvorgang und zwar blitzschnell, sobald die für den jeweiligen Stahl geltende Ms- Temperatur unterschritten wird. Bei milderer Abschreckung kann nun folgendes passieren: Ist die Abschreckung so mild, daß sich der Austenit teilweise in Ferrit umwandeln kann, so ist dadurch die Härteannahme negativ beeinflusst. Dann kann der Stahl seine mögliche Härte nicht mehr erreichen. Ergeben sich niedrigere Härtewerte nach dem Abschrecken aber, weil mehr Restaustenit gebildet wurde, so kann dieser durch mehrfaches Anlassen wenigstens zum Teil umgewandelt werden und die resultierende Gebrauchshärte entspricht der des Stahls mit der höheren Ansprunghärte. Verhoeven -pdf im Schmiedecafé-höchst lesenswert-warnt grundsätzlich vor der Wasserhärtung, da nicht nur die Gefahr von Makrorissen, sondern auch die Gefahr von Mikrorisschen im Innern des Werkstücks besteht.
6. Zähigkeit und Elastizität sind zwei Paar Schuhe und verhalten sich teilweise gegenläufig. Zähigkeit ist hier richtig als die Fähigkeit definiert worden, Belastungen plastisch abzubauen und dadurch Bruch zu vermeiden. Diese Eigenschaft ist, recht besehen, für Messerklingen nicht besonders wünschenswert-jedenfalls nicht in der Schneide.
Elastizität ist dagegen die Eigenschaft, Belastungen federnd nachzugeben und nach Wegfall der Belastung wieder zur ursprünglichen Form zurückzukehren. In der Praxis heißt das: absolut spröde Materialien vertragen eine bestimmte Belastung ohne elastische Verformung und brechen dann ohne elastische und plastische (also bleibende ) Verformung. Stahl ist je nach Behandlungszustnd mehr oder weniger elastisch und zäh. Das heißt, daß bei Belastung zunächst eine elastische Verformung stattfindet, nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze sich plastische Verformung anschließt, bis es schließlich zum Bruch kommt. Die gesamte Bruchbiegearbeit setzt sich also aus einem Anteil elastischer und einem Anteil plastischer Verformung zusammen. Für Messerklingen und eigentlich für jedes schneidende Werkzeug ist der Zustand am besten, bei dem der Anteil der elastisch zu ertragenden Belastung in Relation zur plastischen möglichst hoch ist. Das hat mit dem Elastizitätsmodul, der eine Rechengröße für die Steifigkeit eines Materials ist, nichts zu tun.
MfG U. Gerfin

 

[Arno Eckhardt]

Erreichbare Härte von C 45

Hallo nochmal

Aus gegebenem Anlass (Schmieden einer "Faust" zum Treiben von Rüstungsteilen) haben wir heute mal ein paar Härteversuche mit stinknormalem C 45 in Schmiedefeuer gemacht. Das Ergebnis möchte ich Euch nicht vorenthalten:

Wir haben ein Stück C 45 mit den Abmessungen 45 x 6 mm (ca. 8 cm Lang) ohne jede Vorbehandlung im Feuer Austenitisiert und in Wasser Abgeschreckt. Anschließend wurde nach HRC gemessen. Der höchste Wert lag bei sage und schreibe 64 HRC! Bei popligem C 45!

Interessant auch: Die Randbereiche (bis ca. 5 mm Randabstand) wurden immer deutlich härter, als die Mitte des Probestückes (da waren "nur" die aus der Tabelle zu entnehmenden Werte von ca. 55 HRC zu erreichen) , was mit Sicherheit auf die etwas langsamere Abkühlgeschwindigkeit in diesem Bereich zurückzuführen ist. Im Randbereich hatten wir bei allen drei Versuchen und vielen Messungen 61 bis eben 64 HRC. Messfehler sind definitiv auszuschließen, unser Prüfgerät hat einen frischen Diamanten und ist vom DKD kalibriert. Außerdem prüfen wir regelmäßig mit einer 60 HRC Vergleichsplatte nach.

Man sieht an diesem Beispiel denke ich sehr schön, wie sich die Geometrie auf die Härteannahme auswirkt.

Nach dem Anlassen bei gut 200°C im Ofen haben sich dann die zuvor stark unterschiedlichen Härtewerte auf ca. 52 bis 55 HRC egalisiert. was auch zu erwarten war, die reinen C- Stähle sind ja bekanntlich recht anlassempfindlich.