Härtbehandlungs-Complete Guide

Härtbehandlungsdienste werden nur auf Materialbearbeitungsteile angewendet, die Leistungsanforderungen haben. Das Wesentliche der Härtung ist, das Metall zu erhitzen und dann abzukühlen, mit dem Ziel, die Härte und Festigkeit des Metalls zu verbessern und gleichzeitig innere Spannungen abzubauen. Innere Spannungen in Materialien entstehen hauptsächlich durch Gießen, Schmieden, Druckverarbeitung, Schweißen und Bearbeitung. Das Durchführen von Härtung und Behandlung an Werkstückmaterialien kann die Sicherheits- und mechanischen Leistungsanforderungen der meisten Werkzeugmaschinenkomponenten, Strukturteile und Zubehörteile erfüllen.

Was ist eine Wärmebehandlung?

Die Wärmebehandlung ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Metallwerkstoffe oder -teile unter kontrollierten Bedingungen erhitzt, auf einer bestimmten Temperatur gehalten und anschließend abgekühlt werden. Ziel ist es, die innere Mikrostruktur des Werkstoffs so zu verändern, dass die vorgegebenen Anforderungen an Härte, Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit erfüllt werden.

Durch Glühen, Normalisieren, Abschrecken, Anlassen, Lösungsglühen und Auslagern werden in erster Linie die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs verändert. Thermochemische Behandlungen wie Aufkohlen und Nitrieren verändern zudem die chemische Zusammensetzung der Oberflächenschicht des Bauteils.

Die Wärmebehandlung verändert in der Regel nicht die Grundform des Bauteils, führt jedoch zu gewissen Maßänderungen und Verformungen. Daher muss die Wärmebehandlung gemeinsam mit der Grobbearbeitung, der Feinbearbeitung und dem Schleifen geplant werden.

Wärmebehandlungsverfahren

1. Überprüfen Sie die technischen Anforderungen:Überprüfen Sie die Werkstoffsorte, den Ausgangszustand, den Härtebereich, die Einhärtetiefe, die Verformungstoleranz und die Prüfnorm.
2. Führen Sie die Vorbehandlung durch:Entfernen Sie Öl, Rost, Schneidflüssigkeit und Oxide. Führen Sie bei Bedarf ein Abschrecken und Anlassen oder eine Spannungsarmglühung durch.
3. Den Ofen richtig befüllen:Legen Sie die Einlaufrichtung, die Stützpositionen und den Abstand entsprechend der Geometrie und Wandstärke des Bauteils fest, um ungleichmäßige Erwärmung und Verformungen zu vermeiden.
4. Erhitzen und einweichen:Regeln Sie die Aufheizgeschwindigkeit, die Zieltemperatur und die Haltezeit gemäß dem vorgegebenen Verfahren, damit die mikrostrukturelle Umwandlung vollständig abläuft.
5. Kühlen oder Abschrecken:Wählen Sie je nach Werkstoff zwischen Ofenkühlung, Luftkühlung, Ölabschreckung, Wasserabschreckung, Polymerabschreckung oder Hochdruckgas-Kühlung.
6. Nachbearbeitungsvorgänge durchführen:Führen Sie je nach Bedarf das Anlassen, Auslagern, Reinigen, Richten, Kugelstrahlen, Schleifen oder Polieren durch.
7. Qualitätsprüfung durchführen:Prüfen Sie die Härte, die effektive Einhärtetiefe, die Mikrostruktur, Risse, Verformungen und kritische Maße und bewahren Sie die Aufzeichnungen zu den Ofenchargen auf.

Warum müssen bearbeitete Teile wärmebehandelt werden?

Der Lieferzustand des Rohmaterials entspricht nicht unmittelbar allen Anforderungen an das Fertigteil. Auch durch Zerspanung, Schmieden, Schweißen und Kaltumformung entstehen Eigenspannungen, die die Maßhaltigkeit beeinträchtigen.

Durch die Wärmebehandlung werden die Werkstoffeigenschaften entsprechend der Funktion des Bauteils angepasst:

• Zahnräder und Wellenkomponenten erfordern eine höhere Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit.
• Formen erfordern ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Oberflächenverschleißfestigkeit, Druckfestigkeit und Kernzähigkeit.
• Präzisionsteile müssen einer Restspannungsentlastung unterzogen werden, um Verformungen nach der Endbearbeitung zu verringern.
• Aluminiumlegierungen gewinnen durch Lösungsglühen und Aushärten an Festigkeit.
• Kohlenstoffreiche Stähle und Werkzeugstähle weisen durch Glühen eine verbesserte Zerspanbarkeit und Umformbarkeit auf.
• Aufkohlen oder Nitrieren bildet eine gehärtete Oberflächenschicht, während der Kern zäh bleibt.

Die Abfolge der Wärmebehandlungen muss entsprechend den geforderten End Eigenschaften festgelegt werden. Das Spannungsarmglühen erfolgt in der Regel nach der Grobbearbeitung. Das Endhärten, Aufkohlen oder Nitrieren muss unter Berücksichtigung des Aufmaßes für die Fertigbearbeitung geplant werden.

Die wichtigsten Vorteile der Wärmebehandlung

• Erhöht die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Werkstoffs.
• Verbessert die Zähigkeit und verringert das Risiko eines Sprödbruchs.
• Erhöht die Ermüdungslebensdauer und die Kontaktbelastbarkeit.
• Beseitigt oder verringert Restspannungen.
• Verbessert die Maßhaltigkeit von Präzisionsteilen.
• Verbessert die Bearbeitbarkeit und Umformbarkeit des Werkstoffs.
• Erzeugt eine Kombination aus einer harten Oberfläche und einem widerstandsfähigen Kern.
• Verlängert die Lebensdauer von Zahnrädern, Wellen, Formen und verschleißfesten Teilen.

Häufige Probleme bei der Wärmebehandlung und deren Lösungen

Werden Risse, Verbrennungen oder starke Verformungen festgestellt, müssen die Teile unverzüglich aus der Produktion genommen werden. Vor der Entscheidung, ob die Teile nachbearbeitet oder aussortiert werden sollen, müssen Härteprüfungen, Mikrostrukturuntersuchungen, Maßprüfungen und zerstörungsfreie Prüfungen durchgeführt werden.

Sicherheitsvorkehrungen beim Wärmebehandlungsprozess

Betrieb bei hohen Temperaturen

Das Bedienpersonal muss eine Schutzbrille, einen Gesichtsschutz, hitzebeständige Handschuhe, Schutzkleidung und Sicherheitsschuhe tragen. Heiße Teile müssen mit dafür vorgesehenen Werkzeugen, Körben oder Hebevorrichtungen gehandhabt werden.

Öfen und Anlagen

Vor dem Anfahren des Ofens sind die Ofentür, die Thermoelemente, die Übertemperaturwarnanlagen, die Gasleitungen und die Sicherheitsverriegelungen zu überprüfen. Sicherheitseinrichtungen dürfen niemals entfernt oder umgangen werden. Vor Wartungsarbeiten müssen die Strom-, Gas-, Hydraulik- und Pneumatikversorgungen abgeschaltet und gesperrt werden.

Schutzatmosphären

Wenn Ammoniak, Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder andere Prozessgase verwendet werden, muss für eine ausreichende Belüftung gesorgt werden, und die vorgeschriebenen Verfahren zur Dichtheitsprüfung und Spülung müssen eingehalten werden. Der Arbeitsbereich muss mit Alarmsystemen ausgestattet sein, die den von den verwendeten Gasen ausgehenden Risiken angemessen sind.

Abschreckvorgänge

Die Temperatur, der Füllstand, der Wassergehalt und die Zirkulation des Abschreckmediums müssen geregelt werden. Das Bedienpersonal darf sich nicht in Richtung möglicher Spritzer aufhalten. Ölabschreckanlagen müssen mit einer feuerfesten Abdeckung, einer Absauganlage und geeigneten Feuerlöschgeräten ausgestattet sein.

Salzbäder und Chemikalien

Teile, die in ein Salzbad eingelegt werden, müssen vollständig trocken sein, um Spritzer durch Feuchtigkeit zu vermeiden. Chemikalien müssen ordnungsgemäß gekennzeichnet sein und mit Sicherheitsdatenblättern versehen sein. Außerdem müssen sie nach Kategorien sortiert gelagert werden und über geeignete Einrichtungen zur Eindämmung von Verschüttungen verfügen.

Krafttraining und Isolationsübungen

Hebevorrichtungen müssen der vorgeschriebenen Nennlast entsprechen. Heiße Teile müssen in einem deutlich gekennzeichneten Isolationsbereich abgelegt werden und dürfen erst dann berührt oder weiterbefördert werden, wenn ihr Zustand überprüft wurde.

Notfallschutz

Der Arbeitsbereich muss mit Augenspülstationen, Notduschen, Feuerlöschgeräten, Materialien zur Eindämmung von Verschüttungen und ungehinderten Fluchtwegen ausgestattet sein. Das Bedienpersonal muss außerdem in der Bedienung der Geräte, im Umgang mit Chemikalien und in Notfallmaßnahmen geschult werden.

Arten der Härtung

Es gibt hauptsächlich vier gängige Härtungsverfahren: Anlassen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen. Verschiedene Härtungsprozesse erfordern unterschiedliche Bearbeitungszeiten, und die mechanischen Eigenschaften variieren ebenfalls. Die Wahl des geeigneten Härtungsprozesses kann die Umordnung der inneren Komponenten in verschiedenen Materialien erreichen. Im Folgenden sind einige von uns häufig verwendete Härtungsprozesse aufgeführt.

Anlasthärtung

Anlasthärtung verwendet das Erhitzen und dann langsames Abkühlen im Ofen. Der Zeitaufwand ist relativ hoch. Es löst hauptsächlich das Problem der Restspannungen im Material, während die Härte des Materials reduziert wird, was für nachfolgende Schneid- und Bearbeitungsprozesse vorteilhaft ist.

Normalisierungshärtung

Normalisierungshärtung bedeutet, das Metall zu erhitzen, bis es dunkelrot wird, und es dann der Luft zum Abkühlen auszusetzen. Die Härtungseffizienz ist schneller als beim Anlassen. Normalisierungshärtung reduziert die Härte des Materials nicht, und bei fräsen normalisierten Werkstücken verschwindet das vorherige Problem des Werkzeughaftens.

Abschreckhärtung

Beim Abschreckverfahren wird das Metall auf seine kritische Temperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt (Hochgeschwindigkeitskühlung), meist durch Wasser- oder Ölkühlung (Öl kann je nach Materialeigenschaften auch erhitzt werden, um das Abschrecken zu unterstützen).

Anlasshärtung

Anlasshärtung wird nach dem Abschrecken angewendet. Sie kann die Härte reduzieren, einen Teil der inneren Spannungen im Material beseitigen, die Zähigkeit des Metalls verbessern und übermäßige Sprödigkeit und Bruch vermeiden. Beim Abschrecken können auch bestimmte Bereiche des Materials erhitzt und schnell abgekühlt werden, um die lokale Härte zu kontrollieren, wie z.B. die Oberflächenhärtung von Küchenmessern und Zahnrädern, was das vollständige Reißen bei hoher Stoßkraft verhindern kann.

Anlasprozesse sind in Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- und Hochtemperatur-Anlassen unterteilt. Das Niedertemperatur-Anlassen wird hauptsächlich für Schneidwerkzeuge verwendet, das Mitteltemperatur-Anlassen für elastische Teile wie Federn, und das Hochtemperatur-Anlassen hauptsächlich für Wellen, Strukturteile und andere stoßfeste Komponenten.

Unter ihnen wird das Abschrecken + Hochtemperatur-Anlassen auch als Abschrecken und Anlassen bezeichnet. Gängige Beispiele sind das Abschrecken und Anlassen von 45er Stahl sowie 40Cr, die die Festigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Stoßfestigkeit der Fertigteile effektiv verbessern können.

Weitere Wärmebehandlungen:

Vakuumwärmebehandlung

Vakuumwärmebehandlung ist der Prozess, bei dem Werkstücke in eine Vakuumwärmebehandlungsanlage eingebracht werden, um sie durch thermische Strahlungsheizung und -kühlung zu behandeln. Dabei können nahezu alle Wärmebehandlungsprozesse durchgeführt werden, einschließlich Einsatzhärtung und Nitrierung. Kühlprozesse umfassen Gasabschreckung, Wasserabschreckung, Ölabschreckung und Nitrat-Salz-Abschreckung. Der Vorteil von Vakuumwärmebehandlungsdiensten besteht darin, Oxidation, Decarburisierung und Carburierung des Materials zu verhindern, während die Wasserstoffgehalte im Material deutlich reduziert und Wasserstoffversprödung vermieden werden.

Computersteuerung bei Heiz- und Kühlverfahren wird eingesetzt, und Vakuumofen-Wärmebehandlung entfällt die Notwendigkeit, heiße Teile zu handhaben, während das Risiko von Oberflächenmetallverdampfung und Verformung vermieden wird, mit guter Stabilität und sicherem Betrieb.

Lösungsglühen

Beim Lösungsglühen wird ein Metall auf 800–1200 °C erhitzt, für eine Dauer gehalten, die von Zusammensetzung und Materialdicke abhängt, damit Karbide und andere Ausfällungen in die Matrix lösen. Das Material wird dann schnell abgekühlt, typischerweise durch Wasser- oder Ölabschreckung. Es wird hauptsächlich bei austenitischem Edelstahl verwendet. Ziel des Lösungsglühens ist es, die Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen und die Mikrostruktur zu erweichen. Wird nach dem Lösungsglühen eine Anlasstherapie angewendet, können Karbide erneut ausfallen, was zu interkristalliner Korrosion führen kann. Zur Verbesserung spezifischer Eigenschaften wird eine Spannungsarmglühung oder Stabilisierungstherapie empfohlen. Während des Erhitzens sollte das Material schnell durch den Sensibilisierungstemperaturbereich geführt werden.

Stufenweise Wärmebehandlung

Stufenweise Wärmebehandlung wird hauptsächlich zur Verbesserung der Leistung und Struktur von Chargen-Standardteilen eingesetzt. Sie verwendet kontinuierliche Heizgeräte, um eine einheitliche Temperaturkontrolle, Fördersysteme und einheitliche Kühlbehandlungen für Chargen-Werkstücke durchzuführen, was die Wärmebehandlungsgeschwindigkeit der Chargenteile erheblich verbessert.

Hinweise:

1. Nicht alle Kühlprozesse werden als Abschrecken betrachtet, und nicht alle Materialien erfordern nach dem Abschrecken eine Anlasstherapie. Weldo-Ingenieure können basierend auf den Einsatzbedingungen des Teils eine geeignete Wärmebehandlung empfehlen.

2. Die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst die Materialeigenschaften direkt. Langsameres Abkühlen verringert im Allgemeinen die Sprödigkeit, Härte und innere Spannungen, während die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit verbessert werden.

Wir haben die folgende Zusammenfassung der 4 wichtigsten Wärmebehandlungsprozesse bereitgestellt, um Ihr besseres Verständnis zu erleichtern.

Wärmebehandlung verschiedener Metalle

Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzungen von Metallwerkstoffen gibt es unterschiedliche Details bei der Wärmebehandlung von Metallen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Einführung in gängige Metallwärmebehandlung Methoden.

Aluminium-Wärmebehandlung

Um die Festigkeit zu verbessern, 6061 Wärmebehandlung ist ein notwendiger Prozess. Der gebräuchlichste Aluminium-Wärmebehandlungsprozess ist T6 Wärmebehandlung.

Wir erhitzen 6061 Aluminium auf 530±5 ℃, wodurch sich Magnesium- und Siliziumelemente vollständig in der Aluminiummatrix lösen können. Dieser Schritt wird als Lösungsglühen von Aluminium. Nach der Lösungsglühbehandlung wird eine schnelle Wasserabschreckung durchgeführt (Wassertemperatur 20~80 Grad, Wassertemperatur und Tankgröße werden entsprechend der Größe und Dicke des Aluminiumteils ausgewählt. Der Wassertank muss größer als das Werkstück sein, und das Werkstück muss vollständig eingetaucht sein). Dann erfolgt eine künstliche Alterung bei 175℃ für 8-10 Stunden, wobei der Zustand der Legierungselemente wie Magnesium, Silizium und Aluminium “eingeschlossen” wird. Nach Al 6061 Wärmebehandlung ist abgeschlossen, steigt im Vergleich zu vorher 6061 Wärmebehandlung, die Brinell-Härte vom ursprünglichen Zustand O mit 30HB auf über 95HB. Die Festigkeit ist mit Legierungsstahl vergleichbar.

Edelstahll Wärmebehandlung

Wärmebehandlung von Edelstahl wird je nach unterschiedlicher Zusammensetzung in drei Typen unterteilt: austenitischer, martensitischer und ferritischer Edelstahl, und die Wärmebehandlungsmethoden sind unterschiedlich.

Austenitische Edelstahl Wärmebehandlung

Austenitisch Edelstahll Wärmebehandlung (304, 316, 310L, 316L usw.) umfasst hauptsächlich Lösungsglühen + Sensibilisierungsausgleich + Spannungsarmung: Zuerst auf 1050～1150℃ erhitzen und ausreichend halten, sodass alle Karbide in die Matrix lösen, um die Lösungsaustenitisierung abzuschließen, dann schnell durch Wasser- oder Luftkühlung auf Raumtemperatur abkühlen, um eine einkristalline, gleichmäßige Austenitstruktur zu erhalten, die optimale Korrosionsbeständigkeit und Plastizität wiederherstellt, ohne dass während des gesamten Prozesses abgeschreckt oder Martensit gebildet wird.

Martensitische Edelstahl Wärmebehandlung

Martensitischer Edelstahl wird zuerst durch Glühen bei 800～880℃ weich gemacht, dann auf 950～1060℃ erhitzt und gehalten, gefolgt von Öl- oder Schnell-Luftkühlung, um eine hochharte, hochspannungsfähige martensitische Struktur zu bilden. Dann wird die Sensibilisierungssprödigkeit im Temperaturbereich von 400～600℃ vermieden, und es wird eine Niedertemperatur-Temperung bei 180～250℃ verwendet, um hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, oder eine Hochtemperatur-Temperung bei 600～700℃, um die Zähigkeit zu verbessern, innere Spannungen zu eliminieren und Sprödigkeit zu tempern, wobei schließlich martensitischer Stahl erreicht wird, der den Anwendungsanforderungen entspricht. Martensitischer Edelstahl enthält an sich kein Martensit. Martensit entsteht nur nach Austenitisierung + Schnellkühlung.

Ferritischer Edelstahl Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung von ferritischem Edelstahl erfolgt durch Glühen und Abkühlung bei 600-800℃. Ferritische Werkstücke benötigen keine Abschreckbehandlung (Wasserabschreckung ist verboten), da ferritischer Edelstahl einen hohen Chromgehalt und sehr niedrigen Nickel-, Stickstoff- und Mangananteil aufweist. Selbst bei Erhitzung auf die kritische Temperatur kann keine Gitterdeformation auftreten, und eine Austenitisierung ist nicht möglich.

Es ist zu beachten, dass die Wärmebehandlung von Edelstahl seine Härte und Festigkeit nicht verbessern kann, aber Schmieden oder Hämmern kann seine Gitterstruktur verändern und somit Härte und Festigkeit verbessern.

Stahl-Wärmebehandlungen

Wärmebehandlung von Stahl ist ein wichtiger Fertigungsprozess, der die innere Mikrostruktur des Stahls durch Steuerung von Erhitzung, Halte- und Abkühlprozessen verändert und dadurch Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit verbessert. Verschiedene Stahlarten haben unterschiedliche Anforderungen an Wärmebehandlungsstahl Prozesse und die Auswahl geeigneter Stahlhärtungen Lösungen wirken sich direkt auf die Lebensdauer und die Bearbeitungsleistung von Teilen aus.

Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl ist kostengünstig und durch geeignete Stahlhärtebehandlung, bessere Härte und mechanische Eigenschaften können erzielt werden.

Kohlenstoffstahl durchläuft eine Normalisierung/Anlassen, um Körner zu verfeinern, zu erweichen und die Struktur zu konditionieren, gefolgt von Hochtemperatur-Austenitisierung und Halten + Wasser-/Ölabschreckung, um harten und spröden Martensit zu bilden, und schließlich Tempern bei unterschiedlichen Temperaturen, um die erforderliche Härte, Zähigkeit und innere Spannungen anzupassen, wodurch die gesamte Verstärkungs- und Zähigkeitswärmebehandlung abgeschlossen wird.

Niedriglegierter Stahl wird üblicherweise für Strukturteile verwendet, die hohe Zähigkeit und Schweißeigenschaften erfordern; mittel- und hochlegierter Stahl werden häufig in Wellen, Zahnrädern, Formen und verschleißfesten Teilen eingesetzt.

Werkzeugstahl

Der Wärmebehandlungsprozess von Werkzeugstahl beginnt mit Vorwärmen, gefolgt von Hochtemperatur-Austenitisierung und Halten, dann Wasser-/Öl-/Salzbadtauchschreckung, um hochharten Martensit zu erhalten, und schließlich Niedertemperatur-Tempern, um Spannungen zu eliminieren, die Struktur zu stabilisieren und Sprödigkeit zu reduzieren, wodurch die hohe Härte erhalten bleibt.

Werkzeugstahl wird hauptsächlich in Schneidwerkzeugen, Stanzformen, Umformwerkzeugen und anderen Hochbelastungsarbeitsbedingungen verwendet. Darunter, D2-Stahl Wärmebehandlung wird häufig für Kaltarbeitsstempel und hochverschleißfeste Schneidwerkzeuge verwendet, die nach geeigneter Wärmebehandlung eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität erreichen können.
Und A2-Werkzeugstahl Wärmebehandlung wird häufiger in Präzisionsformen und Schneidwerkzeugen eingesetzt, um ein gutes Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erzielen.

Legierter Stahl

Aufgrund der Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Molybdän und Nickel weist legierter Stahl höhere Festigkeit und Härteentwicklung auf. Die Wärmebehandlung von legiertem Stahl umfasst zunächst das Erhitzen auf die Austenitisierungstemperatur und Halten, dann Abschrecken für schnelles Abkühlen zur Bildung von Martensit, gefolgt von Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- oder Hochtemperatur-Tempern je nach Arbeitsbedingungen, um Körner zu verfeinern und Festigkeit-Zähigkeits-Gleichgewicht zu erreichen; falls erforderlich, werden Anlassen und Normalisieren als Vorbehandlung eingesetzt.

Unser Unternehmen erhält häufig Aufträge für kundenspezifische CNC-Bearbeitung mit 4140- und 4340-Legierungen; beide dieser Materialien werden üblicherweise wärmebehandelt.

4140-Stahl Wärmebehandlung wird häufig in Antriebswellen, Zahnrädern, Kupplungen und anderen Teilen verwendet und bietet gute Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Stoßfestigkeit.
Unter höheren Belastungen oder anspruchsvolleren Arbeitsbedingungen, 4340 Stahlhärtebehandlung wird häufig in Luft- und Raumfahrtteilen, schweren Maschinen und hochfesten Strukturkomponenten eingesetzt, um noch bessere umfassende mechanische Eigenschaften zu erzielen.

In der tatsächlichen Produktion, Wärmebehandlungsfaktoren, die die Härte von Stählen beeinflussen hauptsächlich umfassen:

Kohlenstoffgehalt von Stahl, Heiztemperaturregelung, Haltezeit, Abkühlgeschwindigkeit, Legierungselementgehalt.

Gemäß der Zusammensetzung verschiedener Stahlqualitäten kann die Auswahl eines geeigneten Wärmebehandlungsplans die Leistungsmerkmale voll ausnutzen Wärmebehandlung von Stahl und die Anforderungen verschiedener Branchen an Stahlfestigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit erfüllen.

Titan-Wärmebehandlung

Titanlegierungen werden in α-Typ, α+β-Typ und β-Typ unterteilt. Der α-Typ durchläuft nur Spannungsarm- oder Rekristallisationsglühen, um die Struktur zu erweichen und zu stabilisieren; α+β- und β-Typen können Hochtemperatur-Lösungsglühung und schnelles Abkühlen verwenden, um metastabile Strukturen zu erhalten, gefolgt von Mitteltemperatur-Alterung zur Kristallisation von Festigungsphasen und Verbesserung der Festigkeit. Der gesamte Wärmebehandlungsprozess erfordert Vakuum- oder Argon-Schutz, um Oxidation und Wasserstoffversprödung zu verhindern, während die Versprödungszone bei 300～500℃ vermieden und strikt darauf geachtet wird, den β-Phasenübergangspunkt nicht zu überschreiten, um Kornwachstum zu verhindern.

Welche Kunststoffteile für den Maschinenbau erfordern eine Wärmebehandlung?

Die Wärmebehandlung von technischen Kunststoffen umfasst im Wesentlichen das Glühen, das Spannungsabbauen, die thermische Stabilisierung und die Nachhärtung. Ihr Zweck besteht nicht darin, eine metallähnliche gehärtete Schicht zu erzeugen. Sie dient dazu, Restspannungen abzubauen, die Kristallinität zu stabilisieren und Verformungen bei der Bearbeitung zu kontrollieren.

Ob eine Wärmebehandlung erforderlich ist, hängt vom Zustand des Rohmaterials, dem Materialabtrag, der Geometrie des Bauteils, den Toleranzen und der Betriebstemperatur ab. Vorgeglühte Bleche und Stangen erfordern nicht automatisch eine zweite Behandlung. Bauteile mit großem Materialabtrag, asymmetrischen Geometrien oder engen Toleranzen sollten nach der Grobbearbeitung erneut auf innere Spannungen überprüft werden.

PEEK

PEEK ist ein teilkristalliner Hochleistungskunststoff. Durch das Glühen werden die bei der Extrusion, dem Spritzgießen und der mechanischen Bearbeitung entstandenen Eigenspannungen abgebaut. Außerdem wird dadurch die Kristallstruktur des Materials stabilisiert.

Dieses Verfahren eignet sich für Präzisionsventilsitze, Dichtungsringe, Buchsen, Zahnräder, Laufräder und Halbleiter-Haltevorrichtungen. PEEK-Teile, bei denen viel Material abgetragen wird oder die über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sollten nach der Grobbearbeitung einem Zwischenglühen unterzogen werden. Für glasfaser- und kohlefaserverstärkte Typen sind Temperaturprofile erforderlich, die speziell auf ihre jeweiligen Zusammensetzungen abgestimmt sind.

POM

POM Es lässt sich gut bearbeiten, doch bei dicken Blechen und Stangen mit großem Durchmesser können Spannungen aus dem Herstellungsprozess verbleiben. Umfangreiche einseitige Bearbeitung kann zu Verformungen und Maßrückgang führen.

Präzisionszahnräder, Schieber, Nocken, Rollen, Buchsen und Ventilkörper eignen sich für das Spannungsarmglühen nach der Grobbearbeitung. Das Erwärmen und Abkühlen muss schrittweise erfolgen. Die Behandlungstemperatur muss innerhalb des vom Werkstofflieferanten angegebenen Bereichs liegen.

PA6, PA66 und PA12

Die Abmessungen von nylon Werkstoffe werden sowohl durch Restspannungen als auch durch den Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst. Durch das Glühen werden Spannungen, die beim Formen und bei der Bearbeitung entstanden sind, abgebaut. Durch die Feuchtigkeitsanpassung wird der für die Einsatzumgebung erforderliche Feuchtigkeitsgehalt hergestellt.

Dieses Verfahren eignet sich für Zahnräder, Rollen, Führungsschienen, Buchsen und Verschleißplatten aus Nylon. Nach der Wärmebehandlung sollten die Teile das vorgeschriebene Temperatur- und Feuchtigkeitsgleichgewicht erreicht haben, bevor die abschließende Maßprüfung durchgeführt wird.

PPS

PPS zeichnet sich durch Hochtemperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und elektrische Isolierung aus. Durch thermische Stabilisierung wird die Kristallinität reguliert und Maßänderungen im Hochtemperaturbetrieb reduziert.

Zu den gängigen Bauteilen zählen Pumpen- und Ventilkomponenten, Isolierhalterungen, Verbindungsstücke, Sensorgehäuse und Komponenten für Halbleiteranlagen. PPS-Teile mit engen Toleranzen oder einer längeren Einwirkung hoher Temperaturen sollten vor der Endbearbeitung eine Maßstabilisierung durchlaufen.

PEI, PSU und PESU

PEI, PSU und PESU sind amorphe Hochtemperaturkunststoffe. Durch das Spannungsglühen werden innere Spannungen abgebaut, die bei der Bearbeitung, der Einspannung und der Montage entstehen.

Diese Werkstoffe werden üblicherweise für Gehäuse von medizinischen Geräten, Isolierkomponenten, Prüfvorrichtungen und Fluidanschlüsse verwendet. Die Bauteile müssen allmählich erwärmt, auf der vorgegebenen Temperatur gehalten und langsam abgekühlt werden, um neue thermische Spannungen zu vermeiden.

PC und PMMA

Transparentes PC und PMMA Bauteile können nach der Bearbeitung, dem Polieren und der Montage Restspannungen aufweisen. Bei Kontakt mit Reinigungsmitteln, Klebstoffen oder anderen Chemikalien erhöhen diese Spannungen das Risiko von Rissbildungen.

Transparente Schutzabdeckungen, Sichtfenster, Geräteblenden und optische Halterungen können zum Spannungsabbau geglüht werden. Die Halterungsbedingungen und die Behandlungstemperatur müssen genau geregelt werden, um Verformungen oder Beschädigungen der optischen Oberflächen zu vermeiden.

PTFE und gefülltes PTFE

PTFE weist einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein ausgeprägtes Kriechverhalten auf. Standardteile mit weiten Toleranzen erfordern nicht automatisch eine Wärmebehandlung. Große, dickwandige und eng tolerierte Teile erfordern jedoch eine Prüfung hinsichtlich der Maßstabilität.

Präzisionsventilsitze, Dichtungsringe, Führungsringe, Isolierhülsen und große Flanschdichtungen können einer thermischen Stabilisierung unterzogen werden. Bei mit Glasfaser, Kohlefaser oder Bronze gefülltem PTFE müssen die Prozessparameter entsprechend der Art des Füllstoffs festgelegt werden.

Duroplaste und Verbundwerkstoffe

Bei Epoxidharz, Phenolharz, GFK und CFK kommt anstelle des bei Thermoplasten angewandten Temperprozesses eine Nachhärtung zum Einsatz. Die Nachhärtung erfolgt unter Einhaltung der für das Harzsystem festgelegten Temperatur und Zeit, um die Vernetzungsreaktion abzuschließen.

Dieses Verfahren eignet sich für Verbundhalterungen, Dämmplatten, Formen, Gerätegehäuse und tragende Bauteile. Werkstücke, die nach einem vollständigen Aushärtungsplan hergestellt wurden, erfordern keine wiederholte Nachhärtung.

Wann sollte eine Wärmebehandlung geplant werden?

Teile mit engen Toleranzen, hohem Materialabtrag, asymmetrischen Geometrien, erheblichen Wanddickenabweichungen oder längerem Einsatz bei hohen Temperaturen erfordern eine sorgfältige Prüfung hinsichtlich eines Zwischenglühens. Bei faserverstärkten Werkstoffen, großen Bauteilen und Präzisionspassungsteilen muss zudem eine Spannungsentlastung nach der Bearbeitung in Betracht gezogen werden.

Die empfohlene Abfolge ist wie folgt: Überprüfung des Rohmaterialzustands, Grobbearbeitung, Spannungsabbau, langsames Abkühlen, Herstellung eines Temperatur- und Feuchtigkeitsgleichgewichts, Fertigbearbeitung und Endkontrolle. Die genauen Temperaturen, Haltezeiten und Abkühlgeschwindigkeiten müssen entsprechend der Werkstoffsorte, dem Füllstoffsystem, der Bauteilstärke und den technischen Angaben des Lieferanten festgelegt werden.

Nachschweißwärmebehandlung（PWHT）

Schweißspannungen werden meist durch eine geringe Menge martensitischer Struktur verursacht, daher ist in der industriellen Fertigung, die Nachschweißwärmebehandlung ein sehr wichtiger Prozess. Besonders in geschweißten Bereichen von Stahl und anderen Metallmaterialien kann durch Wärmebehandlung nach dem Schweißen, die Mikrostruktur des Schweiß- und Wärme- beeinflussten Bereichs allmählich in Sorbit umgewandelt werden, wodurch die Schweißrückstände effektiv beseitigt werden. Am Beispiel der Herstellung von Fahrradrahmen: Wenn kohlenstoffarmer martensitischer Legierungsstahl verwendet wird, verwandelt sich die Materialstruktur während Wärmebehandlung nach dem Schweißen, weiterhin in temperierten Lagenmartensit, was nicht nur die Schweißspannung abbaut, sondern auch die Zähigkeit und die Gesamtfestigkeit der geschweißten Bereiche des Rahmens deutlich verbessert.

Wärmebehandlungsprozess für Gießen

Gießen ist die grundlegendste Verarbeitungstechnologie, und viele Gussteile erfordern ebenfalls Wärmebehandlung, um mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern. Die spezifischen Funktionen sind wie folgt.

1. Innere Spannungen beseitigen

Während des Erstarrungs- und Abkühlungsprozesses von Gussteilen entstehen aufgrund unterschiedlicher Abkühlraten in verschiedenen Teilen leicht Restspannungen im Inneren. Wärmebehandlung kann diese Spannungen abbauen und Verformungen, Risse oder Dimensionsinstabilität in späteren Phasen vermeiden.

2. Struktur und Leistung verbessern

Gussteile haben in der Regel Probleme wie grobe Körner und ungleichmäßige Struktur im Erstarrungszustand, die Festigkeit und Zähigkeit beeinträchtigen. Durch Wärmebehandlungen wie Normalisieren und Anlassen kann die metallographische Struktur optimiert und die gesamten mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

3. Härte reduzieren und Bearbeitbarkeit verbessern

Einige Gussteile weisen nach dem Gießen eine hohe Härte auf, was die Bearbeitung erschwert und den Werkzeugverschleiß erhöht. Durch Wärmebehandlungen wie Anlassen kann die Materialhärte reduziert werden, was die Schneidprozesse reibungsloser macht.

Allerdings müssen nicht alle Gussteile einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Zum Beispiel benötigen einige gewöhnliche Gussteile mit niedrigen Belastungsanforderungen und geringen Präzisionsanforderungen keine zusätzliche Wärmebehandlung. Für wichtige Gussteile mit Tragfähigkeit, Druckfestigkeit oder hohen Sicherheitsanforderungen ist eine Wärmebehandlung jedoch in der Regel unerlässlich.

Anwendungen der Wärmebehandlung

· Mechanische Fertigung: Zahnräder, Lager, Wellen, Befestigungselemente, allgemeine mechanische Teile, Verbesserung von Festigkeit und Verschleißfestigkeit.

· Automobilindustrie: Motoren, Getriebe, Fahrgestelle, Rahmenkomponenten, Festigkeitssteigerung und Zähigkeit, Beseitigung von Schweißspannungen.

· Formen- und Schneidwerkzeugindustrie: Stanzwerkzeuge, Spritzgießformen, Schneidwerkzeuge, Messwerkzeuge, Sicherstellung hoher Härte, hoher Verschleißfestigkeit und kein Verziehen.

· Druckbehälter und Rohrleitungen: Kessel, Lagertanks, Druckleitungen, Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) zur Spannungsarmung, Rissverhinderung und Sicherheitsgewährleistung.

· Luft- und Raumfahrt sowie Militärindustrie: Hochfeststahl, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen für Strukturteile, Präzisionswärmebehandlung, Balance zwischen hoher Festigkeit und geringem Gewicht.

Zusammenfassung

Wärmebehandlungsverfahren ist ein gängiger Schritt in der Verarbeitung von Metallmaterialien und spielt eine wichtige Rolle im Bereich der Bearbeitung. Der oben stehende Inhalt beschreibt den vollständigen Prozess der Wärmebehandlung von Metallen. Wenn Sie ein tiefergehendes Verständnis der Wärmebehandlung im Bereich der Bearbeitung haben oder aktuelle Materialien und Inhalte wünschen, können Sie Kontakt Schweißbearbeitung, um mehr unserer Produktionserfahrung zu erhalten. Gleichzeitig bieten wir auch Angebote für die Metallbearbeitung an, wie Gießen, Extrusion, CNC-Bearbeitung, usw.

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