Probleme bei differentieller Härtung

[Günther]

Hallo Leute,

ich hätte eine Frage an die Spezialisten:

Ich habe gestern ein Messer aus 1.2510 im Feuerzementmantel gehärtet - zumindest hatte ich das vor.

Bei 1.2510 liegt die Härtetemperatur zwischen 780 und 820°C.
Ich bin auf 790° gegangenund habe die Klinge 2 Minuten im Ofen gelassen, da Herbert mir geraten hat, bei differentilellen Härtungen an die untere Temperaturgrenze zu gehen, und nur kurz zu halten, um nach dem ätzen einen stärkeren Kontrast zu erhalten.

Das Ergebnis war eine nicht festzustellende Härte.Die Feile hat ohne Probleme gegriffen.

Also, noch einmal weichgeglüht, wieder in Zement eingepackt, und ncoh einmal ab in den Ofen.
Dieses Mal bei 810°C 4 Minuten lang.

Ergebnis:
Klinge ist zwar hart, aber doch nicht so richtig, wie ich es bei normaler Härtung gewöhnt bin.
Mit dem Feilentest würde ich sagen Federhärte, aber bestimmt keine 60 HRC.

Ich habe zwar ein Härteprüfgerät zur Verfügung, aber da ich nur am Rücken der Klinge planparallelen Flächen habe,diese aber unter dem Zement waren, kann ich die genaue Härte nicht feststellen.

Was mich besonders verwirrt ist, das auch das hintere Ende des Erl, das nicht mit Feuerzement bedeckt war (ca. 3 cm), nicht hart geworden ist.

Mir gehen da Mehrere Möglichkeiten im Kopf herum, warum das nicht so funktioniert, wie vorgasehen:

1)
Ich habe den Zementmantel zu dick gewählt (war ca. 5mm), und beim abkühlen im Öl strahlt dieser zu viel Wärme ab, so daß die Umwandlung für diesen Stahl nich schnell genug vor sich geht.

2)
Der Stahl ist entkohlt worden während des vorangegangenen Weichglühen und Spannungsarmglühen.
Das hab ich allerdings so wie immer gemacht. Mit Papier umwickelt und in Härtefolie eingeschlagen.


Ich hatte auch schon bei anderen Klingen Probleme mit dieser Härtemetode.

Ich bin ganz heiß darauf endlich mal eine sichtbare Härtelinie an einer Klinge zu erzeugen, aber es soll wohl nicht sein.

Was mache ich Falsch?


Grüße aus Österreich, Günther.

 

[Claymore]

Hallo Günther,

vorab, der 1.2510 zeigt eine Härtelinie eher dezent, es ist was zu sehen, es ginge aber deutlicher.
Reine C-Stähle sind da besser geeignet.

Zum Härten 5 mm sind nicht zuviel, zumindest nur am Rücken und nicht bis in die Schneide.
Warum der 1.2510 bei dir nicht gehärtet hat, kann ich nur vermuten.
Eventuell war die Temperatur im Ofen und die Haltezeit verbunden mit dem Eingepackten und zusätzlich ummantelten Stahl zu niedrig.
Einm Freund von mir hatte mit dem 1.2842 das gleiche Problem, Untere Temperatur im Härteofen hat nicht funktioniert.
Mit der Temperatur höher ging es dann.
Hast du Vergleichswerte für diesen Stahl, nicht im Mörtelmantel eingepackt bei dieser Temperatur ?
Wäre einen Versuch wert das auszutesten.
Dieser Stahl härtet eigentlich problemlos und wird sehr hart.
Der Mörtel schluckt schon einiges an Energie.

Entkohlt halte ich für unwahrscheinlich, dann müsste nach ein paar zehnteln ein Hartes Gefüge auftreten.

Ich kenne das Problem nicht in diesem Zusammenhang, da ich auf Sicht gehe bei den zu härtenden Klingen.


gruß

Peter

 

[Günther]

Hallo Peter,

ich mache alle Messer , welche für mich selber bestimmt sind aus rostenden Stählen.
Hauptsächlich 1.2510 und 1.2842.Gelegentlich noch 1.2210.

Ich erreiche immer die höchste Härte bei diesen Stählen, wenn ich sie durch härte.
Da wir im Betrieb diese Stähle mehrmals pro Woche im Ofen härten, habe ich erfahrung damit.

Nur im Mantel funktioniert es nie so, wie ich es mir vorstelle.

Mir ist aufgefallen, das die Klinge zur Spitze hin härter ist, as am Übergang zum Erl.
Zum Erl hin habe ich nur ca. 1 cm der Klinge frei gelassen, an der Spitze sind es ca. 3cm.


Ich werde noch einen Versuch starten ( nach erneutem Weichglühen), diesmal mit 820°C und den Mantel nicht so weit nach unten zur Schneide ziehen.


Danke für die schnelle Antwort.

 

[herbert]

Günther, Claymore hat Recht, was die Härtelinie angeht. Je mehr Legierungselemente, um so weniger deutlich.
Was das Härten angeht, so habe ich festgestellt, dass es ohne Abdeckung eigentlich bei diesem Stahl an der unteren Temperaturgrenze immer gut geht. Das Ummanteln sorgt eventuell dafür, dass der noch heiße Rücken die Abkühlgeschwindigkeit der Schneide derart herabsetzt, dass es beim Abschrecken nicht richtig hart wird. Die andere Seite ist tatsächlich, ob unter dem Mantel die richtige Härtetemperatur errreicht wird. Aber dann sollte ja zumindest die Schneide bzw. die nicht abgedeckten Teile hart werden.
Ich vermute, dass der langsam abgekühlte abgedeckte Teil, der ja vom Volumen und damit vom Wärmeinhalt her groß ist, die Abkühlgeschwindigkeit reduziert.

Ich hab bei der Autofahrt nochmal nachgedacht. Die Haltezeit, also die 2 Minuten, zählen erst dann, wenn der Werkstoff komplett die die Härtetemperatur erreicht hat. Der Zementmörtel ist schon eine starke Wärmebarriere, und der Stahl kann die Wärme ja praktisch nur über die freiliegenden Partien aufnehmen.
Zum korrekten Härten muß sichergestellt sein, dass das gesamte Werkstück auf Tempertur ist, dann geht die Haltezeit los.

Vielleicht ist das für Dich selbstverständlich, Günter, aber ich wollts nur noch mal gesagt haben. No harm meant - no harm done.

 

[Claymore]

Ja,

das was Herbert sagt deckt sich mit dem was ich dir Grade per Mail geschrieben hatte ohne Herberts Antwort zu lesen.

Wenn zwei auf die gleiche Idee kommen deutet darauf hin, das was dran sein könnte

hier meine Mail:
Hallo Günther,

darin liegt evtl. das Problem.
Der Mantel speichert die Hitze und gibt diese an die Klinge ab.
bei 1 cm freistehender Klinge und dünner Geometrie kühlt diese im Öl zwar
aus, wird aber vom Mantel mir beiseitig 5mm stärke nachgewärmt.

Bei 10 mm dicke ( biedseitig) hat der Mantel vermutlich im Vergleich zur
Schneide die ca. 10 fache Dicke ( 1mm Schneidkante ) oder mehr.
Am oberen Rand des Freien zentimeters ( zum Mörtel hin hat die Klinge dann
schätzungsweise 1,5-2,5/3,5 mm Stärke je nach Stabilität des Messers.

Der mantel ist zu massiv aufgetragen.
Versuch mal max die Hälfte der Klinge zu bedecken mit abnehmender Dicke zur
SChneide hin ( 5-6mm am Rücken direkt und ca. 1-max 3 mm zur Schneide hin.
auch mit mehr oder weniger Stark ausgeprägter Welle, bis hin zu den
Japanischen 'Füschen' ( ashi ) die wie dünnne linien zur Schneide hin ragen.
Nicht ganz in die SChneide rein gehen, da das ÖL milder in der
Abschreckwirkung ist.
Durch die Nachwärme aus dem Mörtelmantel käme evtl. sogar eine Abschreckung
in Warmem Wasser in Frage, aber das müsstest du austesten.


=> zur Ergänzung:

Ich arbeite eigentlich nicht mit Haltezeiten, habe ich die Temperatur und die durchwärmung erreicht, direckt abschrecken.
Ich fahre sehr gut damit.
Gleichzeitig schränkt das das Kornwachstum ein, wenn mal die Temperatur versehentlich zu hoch sein sollte.
Vom Prinziep herr sollte es genügen wenn die Schneide austenitisiert um hart zu werden. Der Rücken ist da sekundär.
Zwei Mlögklichkeiten des Vorgehens:
1)
erwärmen des gesamten Werkstücks und abschrecken.
=> Der Mantel hindert den Rücken und freiliegende Teile der Klinge durch Wärmeabgabe je nach Stärke und Abschreckwirkung des Härtebades an der Martensitbildung.

2.
Aufheizen das nur der Freiliegende Bereich austenitisiert.
Der Rücken wird durch den anfangs als Isolator wirkenden Mantel an der Aufheizung gehindert.




gruß

Peter

 

[Günther]

Danke , Herbert und Peter für eure umfangreiche Antworten.

Ich habe mir auch lange den Kopf darüber zerbrochen, und bin zu dem Ergebnis gekommen, das es eigentlich nur an der zu langsamen Abkühlung liegen kann, und dadurch keine ausreichende Gefügeumwandlung zustande kommt.

Ich wollte es eigentlich mit kaltem Öl als Abkühlmittel versuchen, aber ich glaube die Idee mit dem warmen Wasser ist noch besser.

Das mit der Haltezeit habe ich falsch gemacht.Ich habe das Messer in den Ofen getan und ab diesem Zeitpunkt die Zeit gerechnet und nicht erst ab der durchwärmung der Klinge.

Klinge ist inzwischen wieder weichgeglüht.Am Wochenende wird wieder gehärtet.Versuch Nr.3

Bin gespannt, wie lange der Stahl das mitmacht.

 

[herbert]

Günther, das macht der Stahl noch ein paar mal mit, keine Sorge. Das Weichglühen ist eine feine Sache. Ich denke, mit den Tipps von Peter haut das hin.
Denk daran, dass der Klingenrücken ein Anlassen bewirken kann, wenn er nicht auch abgekühlt wird. Den Gefügeunterschied kriegst du ja durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten hin, wenn Du abgeschreckt hast, solltest Du solange noch abkühlen, bis der Rücken auch kalt ist.

 

[Günther]

So, bin eben mit dem Härten fertig geworden.

Temperatur 810°C, Klinge war für 5 Minuten im Ofen, abgekühlt in warmen Wasser.

Beim abschrecken ist mit der gesamte Mantel aus Feuermörtel abgeplatzt , aber hart ist die Klinge an der Schneide jetzt.
Am Rücken messe ich so um die 50 HRC, das schwankt aber zimlich an den verschiedenen Stellen.

Ob sich eine Härtelinie zeigen wird, wird sich zeigen.

Egal, auf jeden Fall hab ich keine Lust, noch einmal weichzuglühen.

Nächstes mal werde ich es mit kaltem Öl als Abkühlmittel versuchen, allerdings erst beim nächsten Messer.

Noch einmal Danke für alle Tips, hab wieder einiges dazu gelernt.

 

[herbert]

Siehste!
Na also, Glückwunsch, Günther.

 

[Claymore]

Na bitte

Glückwunsch.
Eins noch Warmes Öl (50-70) ° C sollte evtl. besser in der Wirkung sein, da dünflüssiger.


Peter

 

[Litle]

Sorry dass ich hier nochmal den Totangräber spiele, aber HAARGENAU DAS GLEICHE Problem hab ich auch:

Härten einer Klinge aus "Feile" Nach dem Durchwärmen auf 800° mit (wie ich mir eben angelesen habe wohl zu dickem) 8-10mm Feuerbeton Mantel.

Nach dem Härten zeigt sich eine deutliche Härtelinie die IMMER aus dem Mantel heraus wandert und meine schön geformten Konturen einebnet.

Was mich jedoch eigentlich am meisten Schockiert ist die Tatsache das der (Flach)Erl nicht wirklich hart wird, obwohl er nicht mit unter den Mantel gepackt war. Eben genauso wie Günter das eingangs beschreibt.

Das Härteöl war bei dem heutigen Versuch saukalt(gefühlte 5°C), und ordentlich zähflüssig, könnte sich Wärmeres Öhl tatsächlich positiv auf die Abschreckwirkung auswirken, und damit meinen weichen Erl beseitigen?!

 

[Meisenmann]

Also warmes Öl sollte eine weitaus geringere Viskosität aufweisen und damit auch für eine schnellere Abkühlung sorgen

Mit Feile habe ich bei einem meiner paar Messer auch einen relativ schönen Hamon hinbekommen, auch wenn ich mit normalem Lehm gehärtet habe. Ich würde den Mantel weitaus dünner wählen, auch 5mm sind meiner Meinung nach zu dick (also pro Seite gehe ich mal von aus meint ihr).
Ich würde den Mantel vieleicht auf jeder Seite so dick machen, wie die Klinge an der Stelle ist. Bei mir waren das also an jeder Seite 2mm und dann auch nicht zu weit in die Schneide herein.
Hatte auch erst beim zweiten Versuch geklappt damals, beim ersten Mal hatte ich den Mantel ebenfalls zu dick gewählt und hatte dann ungehärtete Bereiche in der Schneide (die Wellenlinie ging sozusagen zu weit runter).

 

[herbert]

Feilenstähle sind wegen der fehlenden Legierungselemente sehr umwandlungsfreudig.

Schon das Zögern beim Rausnehmen aus dem Ofen und ab ins Härtebad kann da zuviel sein.

Zwar sind Feilenstähle sehr charmant, da Resteverwertung und hochklassig vom Stahl her, aber sie sind keineswegs einfach in der Wärmebehandlung, wenn man ein Optimum wünscht.

Ich weiss noch: alte Feile, raus aus dem Ofen, nicht aufgepasst, angeeckt, Feile runtergefallen, neu aufgenommen mit der Zange, ging flott, aber keine Chance. Zu weich.

Und immer mit Öl bei den dünnen Querschnitten, und warm sollte es sein.

 

[Claymore]

8-10mm sind definitiv zu viel Feuerbeton.
Ca. Materialstärke der Klinge im/am Rücken auftragen und zur Schneide hin ganz dünn auslaufend nicht zu weit in die Schneide rein (oder nur hauch dünn um feinste Strukturen sichtbar zu machen)
Aber dafür ist das Abschrecken in (kaltem) Öl schon wieder relativ mild.

Kaltes Öl wird für den 'Flach'Erl in Feilenstärke von ich schätze mal 5mm schon zu mild sein.
Warmes Öl wird da besser funktionieren, aber er wird vermutlich nicht so hart wie die Schneide.

C-Stähle wie z.b. der 1.1545 werden u.a. als Schalenhärter bezeichnet, was bedeutet, daß sie nur in einer relativ dünnen Randschicht (ca. 3mm) härten. Das hängt mitunter vom Materialquerschnitt und/oder vom Abschreckmedium ab.
Feilenstähle kommen da auch in diese Richtung !

Um den Erl auf maximale Härte zu bringen müsstest du unter Umständen mit Wasser (oder Wasser mit Zusätzen)oder was in der Abschreckwirkung ähnlich schroffem arbeiten.



Aber warum soll der Erl den 'wirklich hart werden'


gruß

Peter

 

[Litle]

So, heute gibts nen Versuch mit ner 4mm Klinge aus "Feile" mit 4-5mm Feuerbeton bis max zur hälfte der Klinge, und warmem Öl.

Sowie einen Versuch mit differentiell aufgeheiztem 1.2767, allerdings ohne den Wunsch eine Sichtbare Härtelinie zu erzeugen, einfach aus praktischen Gründen.

Eigentlich will ich den Erl nicht unbedingt hart haben, ich war nur etwas frustriert, weil ich eben nicht wusste, warum mir der Erl weich bleibt, nachdem er ja eigentlich hart hätte weden müssen....

 

[JL-Jokke]

Hallo,
war doch etwas verwundert zunächst von "kaltem" Öl zu lesen, das funzt wirklich nicht, das Öl muss angewärmt sein - der Hinweis auf die Viskosität, also wie schnell es fließen kann, ist wichtig
wieso nicht, um das Ganze in der Abkühlgeschwindigkeit schneller zu bekommen, 30% Wachs in die Brühe tun (AchimW lässt grüßen!)
gibt wirklich kaum zu erahnende Siedeffekte an der Klingenoberfläche
kühlt also sehr schnell ab!
oder, wenn du wirklich etwas sauschnelles haben willst, eine warme, fast gesättigte Salzlösung, knapp 50°C warm - gibt nur unter Umständen zusätzlich ne nette Sauerei in der Werkstatt (ich machs nicht mehr!) - macht knallhart
im wahrsten Sinne des Wortes

Grüße
Jokke

 

[Litle]

So, die Differentielle Härtung am 2767 hab ich aufgrund der Geometrie bleiben lassen, da ich genau in der dünnsten Stelle den Übergang zwischen hart und weich gehabt hätte, was mir nicht geheuer erschien.

Die Feilen Kinge wurde sehr schön hart, und ist gerade bei 200°C im Temperierofen (+-0,3K)

Wenn ich die Bilder vom fertigen Messer einstelle werd ich hier nochmal ein paar Bilder von den WB-Daten und dem erreichten Resltat einstellen.

 

[U. Gerfin]

Beim differentiellen Härten sollte man die alte Grundregel nicht vergessen: "Stahl ist Stahl und verhält sich wie Stahl".
Damit meine ich, daß die allgemein gültigen Regeln natürlich auch für das differentielle Härten gelten.
Der Härtevorgang beruht bekanntlich darauf, daß im Austenit Kohlenstoff gelöst ist, auf seinem Zwischengitterplatz durch das Abschrecken quasi eingefangen wird, das Gitter verspannt und dadurch die Härte des Martensitgefüges verursacht.
Reine C-Stähle oder nur leicht legierte Stähle sind umwandlungsfreudig, das heißt, der Kohlenstoff kann beim Abkühlen schnell aus seiner Lösung im Austenit entweichen. Solche Stähle müssen also schroff abgeschreckt werden, um die martensitische Umwandlung zu erreichen. Bei höher legierten Stählen ist der Kohlenstoff im Austenitgitter enger eingesperrt, kann also beim Abkühlen nicht so schnell entwischen und bleibt also auch bei langsamerer Abkühlung gefangen- mit der Folge der vollen Härtung. Schon relativ leicht mit Mangan oder Nickel legierte Stähle werden daher bei kleinen Abmessungen schon an der Luft glashart.
Für das differentielle Härten heißt das: Unlegierte oder leicht legierte Stähle lassen sich leicht und gut differentiell härten. Eine relativ dünne Abdeckung genügt, um den Abkühlvorgang so zu steuern, daß die Perlitnase geschnitten wird (ZTU-Schaubilder nachsehen !) und nur der unbedeckte Teil wirklich hart wird, der Rest aber perlitisch umwandelt, also je nach Kornfeinheit mehr oder weniger weich wird.
Bei lufthärtenden Stählen würde ein Abdecken zur Verzögerung der Abkühlung nichts nutzen. Ein Stahl, der in Abmessungen von 40 mm aufwärts durchhärtet, wird auch bei langsamer Abkühlung voll hart. Da nutzt die Abdeckung nichts.
1.2767 ist also für eine traditionelle partielle Härtung ein denkbar schlechter Kandidat.
Wer bei solchen Stählen Härtelinien erzeugen will, muß anders vorgehen.
Die einfachste Methode besteht darin, den Stahl voll zu härten und differentiell anzulassen. Bei einigem Geschick kann man das exakt steuern und interessante Muster erzeugen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, wieder mit einer gut haftenden Abdeckung zu arbeiten. Diese wird aber nicht so eingesetzt, daß sie die Abkühlung verzögert, sondern als Schutz vor schnellem Erhitzen. Abgeschreckt wird dann, wenn die Schneide die gewünschte Härtetemperatur erreicht hat, der Teil der weich bleiben soll aber durch die Abdeckung geschützt noch nicht auf Härtetemperatur ist.
Dies sind Möglichkeiten einer partiellen Härtung auch bei höher legierten Stählen. Schönere und deutlicher sichtbare Linien und Zonen erreicht man aber mit der traditionellen Technik mit unlegierten oder leicht legierten Stählen.
MfG U. Gerfin