Kugelige Karbide glühen...

Xerxes

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Hi Leute,

ich hab ein paar Fragen zum Weichglühen und hoffe ihr könnt mir helfen.

Um die Karbide in übereutektoiden Stählen kugelig zu glühen, bedarf es ja eigentlich sehr lange Haltezeiten knapp unter Ac1 bzw. sehr langsames Abkühlen von knapp über Ac1 bis auf ca. 650 grad. In jedem Fall beträgt die Weichglühzeit hier mehrere Stunden.

Jetzt schreibt Rapatz dazu aber folgendes:

"Am leichtesten lassen sich gehärtete Stähle weich glühen, da der Kohlenstoff aus dem fein verteilten Zustand des Härtegefüges viel leichter in Kugeln übergeht als aus den Platten und schalenförmigen Gebilden des Schmiede- und Walzzustandes. Um gehärteten Stahl weich zu glühen, genügt es, ihn auf etwa 700 Grad zu erwärmen und an die Luft zu legen, wobei man ihn nur verhältnismäßig kurze Zeit auf Temperatur halten muß." (Rapatz, F.: Die Edelstähle, 1951.)

Und genau das versteh ich nicht so ganz. Wenn ich einen übereutektoiden Stahl auf Härtetemperatur bringe, gehen ja nicht alle Karbide in Lösung und die nicht gelösten Karbide bleiben in dem Zustand wie vor dem Härten. Deshalb normalisiert man die Stähle ja vor dem weichglühen...

Wenn ich also vor dem Härten schalenförmige Karbide habe, sind diese doch auch im gehärteten Stahl vorhanden. Das widerspricht doch der Aussage von Rapatz oben, oder? Wie kommt es, dass sich gehärtete Stähle leichter weich glühen lassen?

Und was versteht man an dieser Stelle unter "verhältnismäßig kurze Zeit auf Temperatur halten"?

Gruß Jannis
 
Hallo Jannis,
genau über diese Stelle habe ich auch nachgedacht, ich habe die 3. Auflage von Rapatz von 1942, welcher selbiges Zitat zu entnehmen ist.
Ich habe es für mich so erklärt, dass es an dieser Stelle um untereutektoide Stähle geht?!, welche beim Normalisieren(bzw. vorausgegangenem Härten), da sie über AC3 erwärmt werden, komplett austenitisiert werden und somit die Karbide ebefalls in Lösung gehen.
Übereutektoide Stähle werden ja jedoch aufgrund der Gefahr des Grobkorns nicht vollständig austenitisiert und somit bleiben die Zementitausscheidung weitestgehend erhalten(wie Du ja schon geschrieben hast).
Bei den übereutektoiden Stählen müsste dann ein Einformen durch pendeln um Ac1, was die Glühzeiten verkürzt bzw. Glühen für längere Zeit knapp oberhalb Ac1 erfolgen, um den gewünschten kugeligen Zustand zu erhalten.

Ich freue mich auf weitere Antworten!

Schöne Grüße und ein angenehmes Wochenende!
Kilian
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo, ich habe das so verstanden: man erwärmt den Stahl soweit bis der gesamte C gelöst ist und schreckt dann ab.
 
Das haben wir bei den Gedanken über Weichglühen und Normalisieren an sich schon mehrfach erörtert.

In Kurzfassung:

Karbide selbst sind nicht schalenförmig, sondern je nach ihren Entstehungsbedingungen kugelig bis länglich-unregelmäßig.
Bei langen Zeiten auf Temperatur haben sie die Möglichkeit, sich zur energetisch günstigsten Form zusammenzuziehen-also kugelig zu werden.

Im ungünstigsten Fall-bei langsamer Abkühlung aus hoher Temperatur- sammeln sie sich vermehrt auf den Korngrenzen der Matrix an und bilden den sehr ungünstigen Korngrenzenzementit.

Von den Korngrenzen ließen sie sich auch durch noch so langes Weichglühen nicht vertreiben.
Um dieses ungünstige Gefüge zu zerstören, müssen sie also gelöst werden.
Dies ist je nach C-Gehalt unterschiedlich vorzunehmen.

1. Untereutektoidische oder eutektoidische Stähle-
Beim Erwärmen auf Härtetemperatur werden alle Karbide gelöst, der freiwerdende Kohlenstoff ist im Austenit auf Zwischengitterplätzen eingelagert und wird bei Härten dort "eingesperrt".
Mit der vollständigen Auflösung der Karbide ist also auch das Problem des Korngrenzenzementits im wahrsten Sinne des Wortes gelöst.

2. Übereutektoidische Stähle

Sie enthalten auch nach dem Erwärmen auf Härtetemperatur ungelöste Karbide-eben so viel, wie sich bei der Lösung von ca. 0,8 % C noch im Stahl befinden können.
Für reine C-Stähle läßt sich das aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm in etwa ablesen.
Bei nur wenig übereutektoidischen Stählen sind das nicht sehr viele und man kann sich mit dem Umkörnen bei etwas über 720 Grad begnügen.
Bei deutlich übereutektoidischen Stählen mit Korngrenzenzementit wäre das ungünstige Netzwerk aber nicht hinreichend zerstört.
Deshalb muß möglichst viel von den Karbiden gelöst werden.
Man geht aber in der Regel nicht auf die Temperatur der völligen Karbidlösung, weil sonst die Gefahr des Grobkorns der Matrix bestünde.
Hier gilt es also, einen vernünftigen Kompromiss einzugehen.

3. Ledeburitstähle

Hier kann man sich auf den Kopf stellen-die Primärkarbide sind bei keiner Temperatur unter dem Schmelzpunkt völlig zu lösen. Durch scharfes Normalisieren unter Ausnutzung hoher Temperaturen lassen sich immerhin die Sekundärkarbide in Lösung bringen und Netzwerke weitgehend zerstören.
Da die nicht in Lösung zu bringenden Karbide das Kornwachstum der Matrix behindern, läßt sich immerhin ein recht ordentliches Matrixkorn einstellen.

Nun zum Zitat aus Rapatz:

Kohlenstoff, der nach der Härtung durch Anlassen und Wiedererwärmung aus seinem Zwangszustand befreit wird, verbindet sich blitzschnell mit Eisen (oder natürlich mit sonstigen vorhandenen Karbidbildnern) zu Fe 3C (oder zu Sonderkarbiden).
Diese neu entstehenden Karbidchen sind zunächst winzig klein und fein verteilt, was generell ein günstiges Gefüge ergibt.
Kugelförmig sind diese Karbidchen nicht zwingend, sondern je nach Platzangebot mal kugelig, mal länglich, mal zackig .
Durch die regelmäßige und feine Verteilung ist eine Anreicherung an den Korngrenzen vermieden. Es entsteht also ein günstiges Gefüge-unabhängig von der Form der Karbide.

Wenn man nun verschiedene Ausgangsgefüge vergleicht, so ist es klar, daß ein grobes Karbidnetzwerk nur bei hoher Temperatur und weitgehender Karbidlösung zu zerstören ist. Dieser Vorgang braucht also hohe Temperatur und viel Zeit, teilweise mehrere Stunden.

Aus dem Zwangszustand der Härtung löst sich der Kohlenstoff dagegen-wie oben ausgeführt- schnell und fein verteilt. Zum Weichglühen braucht es also viel kürzere Zeit als beim Weichglühen groben Perlits.

Mit dem Einformen auf Kugelform hat das primär nichts zu tun. Dies dient der weiteren Erleichterung der Bearbeitbarkeit.
Als Ausgangsgefüge für eine gelungene Härtung ist ein in Matrix und Karbiden möglichst feinkörniges Gefüge am günstigsten.

Freundliche Grüße

U. Gerfin
 
"sie" nennen sich "Karbide",
das ergibt sich auch aus dem Sinnzusammenhang des vorhergehenden Satzes:
"Karbide selbst sind nicht schalenförmig, sondern je nach ihren Entstehungsbedingungen kugelig bis länglich-unregelmäßig."

und Zementit ist mehr als nur Ferrum!
Eben Fe + C, also Eisenkarbid -
aber Karbide können eben auch aus "Fremdmaterial" bestehen, Chrom, Vanadium, Wolfram etc..
und die brauchen etwas mehr Wärme um in Lösung zu gehen...

ist doch ganz einfach..
oder?! :steirer:
 
Vielen Dank erstmal für die Antworten. Dass das Weichglühen schon oft behandelt wurde weiß ich. Trotzdem ist mir dieser Aspekt noch nicht ganz klar. Da das Zitat oben etwas aus dem Kontext gerissen wurde, geb ich jetzt nochmal die gesamte Stelle wieder. Vielleicht wird dann deutlich, was mir Kopfzerbrechen bereitet.

"Durch Härten löst sich nämlich bei normaler Härtetemperatur nur etwa 1% Kohlenstoff, der Rest bleibt in dem Zustand, in dem er vor dem Härten zugegen war. Handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit 1,4% Kohlenstoff und ist dieser vor dem Härten nicht geglüht, sondern aus dem Walzzustand gehärtet, so bleibt das dem Kohlenstoffgehalt (1,4 - 1%) entsprechende Karbid in Schalenform zurück, die grob sind, wenn er vom Schmieden oder Walzen her grobes Gefüge (hohe Endtemperatur, langsame Abkühlung) oder fein, wenn er vom Schmieden her feines Gefüge hatte. Wenn hingegen vor dem Härten das ganze Karbid in kugeligen Zementit übergeführt war, so bleibt auch der nicht gelöste Anteil in dieser Form übrig. [es folgen einige Ausführungen, warum kugelige Karbide bessere Eigenschaften ergeben] Das früher angewendete Verfahren ist das, die Stähle knapp unterhalb des Haltepunktes, bei unlegierten Stählen etwa bei 700 grad, bei legierten entsprechend der legierung bis etwa 40 Grad höher, mehrere Stunden zu halten, um damit die Karbidschalen und Platten in Kugelform zu bringen. [...] Ein zweites Verfahren besteht darin, dass man den Stahl aus einer Temperatur knapp oberhalb von Ac1 bis etwa 650 Grad langsam abkühlt. [...] Die Ankühlgeschwindigkeit soll bei unlegierten Stählen nicht größer sein als 15 Grad in der Stunde, bei legierten noch kleiner. [...] Am leichtesten lassen sich gehärtete Stähle weich glühen, da der Kohlenstoff aus dem fein verteilten Zustand des Härtegefüges viel leichter in Kugeln übergeht als aus den Platten und schalenförmigen Gebilden des Schmiede- und Walzzustandes. Um gehärteten Stahl weich zu glühen, genügt es, ihn auf etwa 700 Grad zu erwärmen und an die Luft zu legen, wobei man ihn nur verhältnismäßig kurze Zeit auf Temperatur halten muß." (Rapatz, F.: Die Edelstähle, 1951.)

Also, es kann gut sein, dass ich gerade etwas auf dem Schlauch stehe. Wenn ich etwas offensichtliches übersehen habe, dann tut es mir leid. Aber hier beschreibt er doch im ersten Teil eindeutig, das der Kohlenstoff, der beim Härten nicht in Lösung gegangen ist, im gehärteten Stahl so vor liegt, wie es vor dem Härten der Fall war. Wenn die Karbide also vor dem Härten "schalenförmig" vorliegen, so sind diese auch im gehärteten Stahl "schalenförmig". Diese "schalenförmigen" Karbide lassen sich scheinbar nur mit sehr viel Zeit in kugelige Form bringen. Warum geht es aber so viel schneller, wenn der Stahl gehärtet ist?

Gruß Jannis
 
Du verbeisst Dich wohl zu sehr in das Wort "schalenförmig". Gemeint ist damit die A n o r d n u n g der Karbide, nicht deren F o r m.

Rapatz spricht den Fall eines unlegierten Stahls mit 1,4 % C an und legt dar, was bei passiert, wenn er (der Stahl-nicht Rapatz !, damit es nicht wieder Mißverständnisse gibt)) auf übliche Härtetemperatur erwärmt wird.
Vom Kohlenstoff, der im nicht gehärteten Stahl als Karbid vorliegt, wird bei üblicher Härtetemperatur ca 1 % gelöst (bei Erwärmung auf AC 1 wären es 0,78 %, bei üblicher Härtemperatur eben etwas mehr)-die Karbide, die dieser Kohlenstoff gebildet hatte, verschwinden also. Die restlichen bleiben in der Form erhalten, die sie vor der Erwärmung auf Härtetemperatur hatten.

Lagen sie nach dem Schmieden fein und gleichmäßig verteilt vor-prima -Dann muß nichts weiter gemacht werden und man kann an das Härten gehen!.

Lagen sie schalenförmig angeordnet und vielleicht auch noch groß vor, müssen sie unschädlich gemacht werden.

Es geht dabei also um das Umgestalten vorhandener Karbide.

Um sie ganz zu beseitigen, müßten sie gelöst werden-das ginge nur durch Erhöhung der Temperatur mit der Gefahr der Grobkornbildung-Das Temperaturgebiet der völligen Karbidlösung ergibt sich für reine C-Stähle aus dem Eisen-Kohlenstoff- Diagramm. Für einen Stahl mit 1,4 % C sind dafür über 900 Grad C erforderlich.
Da das Erwärmen auf so hohe Temperatur schädlich wäre-grobes Korn und viel Restaustenit- vermeidet man das völlige Karbidlösen.

Die zweite Verbesserungsmöglichkeit ist eben das Einformen der Restkarbide auf Kugelform.
Dadurch wird deren Anordnung, also ihre Lage im Stahl im Prinzip nicht verändert. Sie ziehen sich aber kugelig zusammen. Man kann sich das so vorstellen, wie ein beliebig geformtes Stückchen Blei, das sich beim Schmelzen kugelig zusammenzieht.

Beim Einformen geht es also um die Veränderung der Gestalt der Restkarbide. Um diese Karbide zu veranlassen, ihre Form in Richtung Kugel zu verändern, braucht es viel Energie und Zeit.

Beim Weichglühen aus dem gehärteten Zustand werden nicht bereits vorhandene Karbide in ihrer Gestalt verändert, sondern Kohlenstoff aus seiner "Gefangenschaft" befreit. Er verbindet sich dann ganz schnell mit Eisen oder den Sonderkarbidbildnern, da er ja im Ferrit nicht löslich ist.

Um es noch mal zu verdeutlichen:
Weichglühen aus dem Härtezustand führt zur Bildung feinster Karbidchen in guter Verteilung und deshalb zu einem weichen und gut bearbeitbaren Gefüge.
Restkarbide werden durch ein Weichglühen bei Temperaturen unter AC 1 nicht beeinflusst.

Einformen dieser Karbide dient der besseren Bearbeitbarkeit und braucht Zeit und Energiezufuhr= hohe Temperatur.

Freundliche Grüße

U. Gerfin
 
Hallo Freunde des Härtens,
mir stellen sich zwei Fragen:
Wenn ich einen übereutektoiden Stahl härte, dessen Ausgangsgefüge ungünstig ist, löse ich bei Erreichen der Härtetemperatur ja so etwa 1% des Kohlenstoffs. Diesen Kohlenstoff "sperre" ich durch das Abschrecken ein.Der Rest (bleiben wir bei 0,4%) bleibt unbeeinflußt.
Jetzt härte ich sofort noch einmal:
Der "eingesperrte" Kohlenstoff wird frei und bildet feine Karbide, ich erhöhe die Temperatur weiter: Der Kohlenstoff beginnt sich wieder zu lösen.
Jetzt die Frage: Lösen sich die Karbide aus allen Karbidvorkommen (die restlichen unerwünschten schalenartigen und die neugebildeten feinverteilten) gleichmäßig, gleichgerne?
Wenn ja, dann wäre mir der Vorgang beim Mehrfachhärten schon etwas klarer:
Beim zweiten Härtezyklus werden dann eben auch wieder Teile der unerwünschten Karbide gelöst.
Diesmal bleibt als ungelöster Karbidrest ein Teil unerwünschter Karbide und ein Teil bereits fein ausgeschiedener Karbide übrig.
Und so weiter.
Oder habe ich da einen Denkfehler?

Die zweite Frage betrifft die im Zitat erwähnte geringe Ankühlgeschwindigkeit.Ich denke das hat vor allem mit Spannungen in großen Werkstücken zu tun, eher weniger bei unseren schächlichen Klingengeometrien.
Wenn ich mich recht entsinne schrieb Haufe dazu, dass eine schnelle Ankühlung der Feinkörnung zuträglich sein kann.Aber ich habe das Buch hier gerade nicht zur Hand, deshalb unter Vorbehalt.

Das ist richtig spannend!

Grüße aus Heidelberg!
less
 
Zuletzt bearbeitet:
Die stehengebliebenen und die neu gebildeten Karbide lösen sich bei der Temperatur, die der Linie S-E im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm entspricht "gleich gern", d. h. nach den gleichen Mechanismen.
Da man sich die Lösung tatsächlich wie ein Auflösen von Kandiszucker im Tee vorstellen kann, ist es aber klar, daß die kleinen Karbidchen am schnellsten weg sind und die größten am längsten stehen bleiben.
Auch die stehengebliebenen Karbide werden aber bei erneutem Erhitzen so wie die neu gebildeten angelöst und damit teilweise verfeinert.
Das ist der Sinn mehrfachen Härtens, vom Umkörnen der Matrix abgesehen.

Wegen der erhöhten Rißgefahr bin ich allerdings der Meinung, daß ein scharfes Normalisieren-ruhig von einer Temperatur jenseits der richtigen Härtetemperatur- gefahrloser ist. Dabei hat man es mit größeren Karbiden zu tun, als sie sich aus dem Martensit ausscheiden würden. Sie sind aber immer noch sehr fein, da sie sich in kurzer Zeit aus der Lösung im Austenit ausscheiden.

Wer gute Nerven hat und sicher ist, mit feinem, also belastbarem Ausgangsgefüge zu arbeiten, kann aber das mehrfache Härten durchaus versuchen.

Ich gehe in den letzten Jahren regelmäßig so vor, daß ich nach Möglichkeit Nähe Endform schmiede, den letzten Umformungsvorgang möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt vornehme-unter besonderer Betonung der späteren Schneide- und aus der Schmiedehitze oder nach kurzem Erwärmen auf Härtetemperatur abschrecke, zum Anlassen das Öl abbrennen lasse, dann auf Dunkelrot glühe und in Asche ablege. Danach wird auf die Endform gebracht und normal gehärtet, mal aus dem Härteofen, mal aus der Schmiede.

Mit Rissen hatte ich entgegen anfänglicher Befürchtungen nichts zu tun, daß mir alles so geklappt hat, wie ich es wünschte, würde ich aber auch nicht sagen.
Stahl ist ein toller Werkstoff, der auch einiges an Mißbrauch aushält, manchmal aber auch heimtückische Überraschungen bereit hält.

Freundliche Grüße

U. Gerfin
 
Um sie ganz zu beseitigen, müßten sie gelöst werden-das ginge nur durch Erhöhung der Temperatur mit der Gefahr der Grobkornbildung-Das Temperaturgebiet der völligen Karbidlösung ergibt sich für reine C-Stähle aus dem Eisen-Kohlenstoff- Diagramm. Für einen Stahl mit 1,4 % C sind dafür über 900 Grad C erforderlich.
Da das Erwärmen auf so hohe Temperatur schädlich wäre-grobes Korn und viel Restaustenit- vermeidet man das völlige Karbidlösen.
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Wie schnell müßte ohne Gefahr der Grobkornbildung erhitzt werden,ist man bei kleinen Klingen mit 5 und bei großen mit 15 Sekunden noch im grünen bereich ? bzw.ab wann würde die Grobkornbildung beginnen ?.
Und wie ist es mit jeweiligen Haltezeiten ?.
 
Ulrich, vielen Dank für die Antworten, jetzt wird mir einige klar.

Das heißt, durch mehrfaches Härten (auch bei Temperaturen unterhalb der S-E Linie) ist es möglich fast alle Karbide zu feinen, auch jene, die beim ersten Härten nicht in Lösung gegangen sind?

Klingt gut, das mach ich eh schon immer;-)

Gruß Jannis
 
Grobkornbildung braucht auch ihre Zeit- Um Sekunden geht es dabei nicht-beim Induktionshärten feiner Teile-z.B. Sägezahnspitzen- wird bis weit über die übliche Härtetemperatzur erhitzt, teilweise bis fast zum Schmelzpunkt und das Korn ist äußerst fein.
5 Sekunden oder 15 Sekunden schaden sicher nicht.
Wie sich die Matrixkorngröße bei bestimmten Temperaturen und verschiedenen Stählen entwickelt, ist sehr sorgfältig untersucht und im "Atlas der Wärmebehandlung" (hoffentlich stimmt der Titel so) umfassend und mit anschaulichen Kurven dargestellt.
Das ist auch ein ganz stattliches Buch, es lohnt sich aber, hineinzusehen.


Freundliche Grüße

U. Gerfin
 
Danke Ulrich das beruhigt und ermuntert zum Experimentieren,muß nur noch ein geeignetes Thermometer haben,damit man die Theorie auch besser in die Praxis umsetzen kann.


@Xerxes,hast du den Atlas schon,sonst ist wohl wieder ein neues Geschenk von deinen Eltern fällig:D
 
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