Information
9
pisch deutlich von dem von Ferrit,
Perlit oder Bainit und wird als Mar
-
tensit bezeichnet, siehe Bild 10.
Der Zusammenhang zwischen
B
eginn und Ende der Umwand-
lungsvorgänge beim kontinuier-
lichen Abkühlen eines Stahls aus
dem austenitischen Zustand wird
in einem Zeit-Temperatur-Umwand-
lungs(ZTU)-Schaubild für
kontinu-
ierliches Abkühlen dar
gestellt, sie-
he Bild 11.
Der Ablauf der Umwandlung
lässt sich am Verlauf der einge-
zeichneten Abkühlkurven für unter-
schiedliche
Abkühlgeschwindig-
keiten ablesen. Mit zunehmender
Abkühlgeschwindigkeit ergeben
sich in dem gezeigten Beispiel
nach erreichter Raumtemperatur
Gefüge, die aus Ferrit und Perlit,
Ferrit, Perlit und Bainit, Bainit und
Martensit oder nur aus Martensit
bestehen. Am Ende jeder Abkühl-
kurve können die jeweils erreichte
Härte in HV oder HRC sowie die
Gefügezusammensetzung abgele-
sen werden. Aus der Darstellung
ist zu entnehmen, welche
(kriti-
sche) Abkühlgeschwindigkeit min-
destens
erforderlich ist, um
z. B.
einen nur aus Martensit bestehen-
den Gefügezustand zu erreichen,
oder bei welcher Umwandlung
erstmals im Gefüge auch etwas
Martensit zu erwarten ist. Damit
können für die praktische Durch-
führung des Wärmebehandelns
wichtige Voraussagen getroffen
werden.
Ist die Abkühlgeschwindig-
keit so hoch, dass die Umwand-
lung in Bainit unterdrückt wird,
beginnt die Umwandlung des Aus-
tenits in Martensit immer bei der-
selben Temperatur, vgl. die hori-
zontal verlaufende Linie in Bild 11.
Diese wird kennzeichnenderweis
e
als Martensit-Starttemperatur M
s
bezeichnet und ist von der Stahl-
zusammensetzung abhängig. Für
Stähle mit Kohlenstoffgehalten bis
0,5 Masse-%, Mangan bis 1,7 Mas-
se-%, Chrom bis 3,5 Masse-%, Mo-
lybdän bis 5,0 Masse-% und Nickel
bis 5,0 Masse-% kann sie mit der
nachstehenden Beziehung abge-
schätzt werden:
ϑ
M
s
=
561–474·C–33·Mn–
17·Cr–21·Mo–17·Ni[°C]
In die Formel sind die Gehalte
der jeweiligen Legierungselement
e
in Masse-% einzusetzen. Für andere
Stähle kann der M
s
-Punkt dem je-
weiligen ZTU-Schaubild entnom-
men werden. Entstehen Ferrit, Per-
lit oder Bainit vor der Umwand-
lung des Austenits in Martensit,
erfolgt die Martensitbildung erst
bei niedrigeren Temperaturen.
Es ist zu beachten, dass jedes
ZTU-Schaubild streng genommen
nur für diejenige Zusammensetzung
der Stahlschmelze und die Auste-
nitisierung gilt, für die es ermittelt
wurde.
Analog zum oben beschriebe-
nen isothermischen Austenitisiere
n
lassen sich auch die Zusammen-
hänge für ein isothermisches Um-
wandeln des Austenits darstellen.
Hierzu stehen ZTU-Schaubilder für
isothermisches Umwandeln, siehe
das Beispiel in Bild 12, zur Verfü-
gung.
In dieser Darstellung sind die
Umwandlungsvorgänge nach sehr
rascher Abkühlung auf eine belie-
bige Temperatur, die bis zum Ende
der Umwandlung konstant gehal-
ten wird (= isothermisch), parallel
zur horizontal verlaufenden Zeit-
achse abzulesen. Es ist auch hier z
u
erkennen, dass die Umwandlung
je nach Temperatur erst nach einer
gewissen Anlaufdauer beginnt
und nach Ablauf einer gewissen
Umwandlungsdauer beendet ist.
Im Bereich von etwa 550 °C ist
sowohl die Anlauf- als auch die
Umwandlungsdauer kürzer als bei
höherer oder niedrigerer Tem-
peratur. Beim Stahl C45E beginnt
die Umwandlung sofort (0,6 s),
quasi ohne
Anlaufdauer. Aus dem
ZTU-Schaubild für isothermische
Umwandlung geht hervor, dass
im Unterschied zur kontinuier-
lichen Abkühlung ein Gefügezu-
stand, der nur aus der Gefügeart
Bainit besteht, erreichbar ist. Im
Schaubild für den Stahl C45E sind
außerdem Temperaturen eingetra-
gen, bei denen
z. B.
50 % bzw.
90 %
Martensit im Gefüge entste-
hen,
vgl. Bild 12.
Die Bilder 13 und 14 geben
entsprechende Schaubilder für
den Stahl 42CrMo4 wieder.
Wärmebehandlung von Stahl – Härten, Anlassen, Vergüten, Bainitisieren
Bild 9: Martensitgitter Bild 10: Lichtmikroskopische Aufnahme von Martensit
Lagenbereich
für die
Fe-Atome
Wahrscheinliche
Lage der
C-Atome
10 µm