Beschreibung und prüfen der Härte von Stahl / das Einsatzhärten
Was würde unsere ach so moderne Gesellschaft ohne den Rohstoff Eisen blos machen? Tja, da wird´s schon extrem brenzlich. Bauwerke wie Brücken, Hochhäuser, Schiffe und Autos...undekbar ohne Eisen. Eisen ist nicht nur einer der zukunftstauglichsten Rohstoffe die es jeh gegeben hat, sondern auch extrem wandelbar und anpassbar, was seine Eigenschaften angeht. Ob weich, hart...innen weich, aussen hart oder oder oder...alles ist machbar. Darf es oxidieren (Rosten), darf es dazu noch Temperaturen aushalten jenseites von gut und böse? Alles geht heute mit diesem Rohstoff.
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Augenmerk in dieser kleinen Doku liegt bei dem härten von Stahl. Eisen + Kohlenstoff = Stahl. Wird er unabhängig von seinem Kohlenstoffgehalt stark erhitzt, und anschließend z.B. in Wasser abgeschreckt, wird er Knüppelhart. Das ist bekannt. Doch wie sieht das aus? Wie kann man sowas in kleinem Maßstab vollbringen? Ich zeigs euch... viel Spaß!
Früher...sehr viel früher, war die Eiesengewinnung und Verarbeitung nicht nur ein Knochenjob, sondern auch
Lebensgefährlich. Vorschriften wie Schutzkleidung gab es damals noch nicht. Die "Schuhe" waren aus Holz, die
Helme waren....tja...es gab sie nicht. Viele haben in diesem Job ihr Leben gelassen. Doch das hat sich geändert.
Straffe Vorschriften und enge Pläne zeigen nicht nur die Vorsicht und den verbau der Erfahrungen, sondern auch
den hohen Standard, mit dem im 21.Jahrhundert Eisen gewonnen wird. Automatisierung und sichere Arbeitsplätze
steigern nicht nur die Prduktivität, sondern schonen auch die Arbeiter im höchsten Maße...und trotzdem,
ist und bleibt dieser Job einer der härtesten der Welt. Stahl...ein Rohstoff mit fernen Grenzen.
Wenn man im kleinen Maßstab einige Proben würmebehandeln möchte, benötigt man einen entsprechenden Ofen.
Dies ist ein solcher Ofen. Mit diesem Ofen kann man die Temperaturen ziemlich genau einstellen. Klar,
ein Elektroofen wie dieser, frisst unheimlich wie Energie.
In diesem Fall, wird das Werkstück auf 850°C aufgeheizt und mehere Stunden bei der Temperatur gehalten.
Grund ist, das dass innere Gefüge komplett zu einem gewünschten Ausgangsgefüge umgewandelt wird. Dieses
Gefüge nennt sich Austenit. Es ist ein Gefüge, welches das Eisen und den Kohlenstoff in ein gleichmäßiges
Verhältnis bringt.
Mit dieser Anlage wird das Probestück abgeschreckt. Das ganze läuft nach einem bestimmten Versuch ab, was
hier aber unrelavant ist und den Rahmen der Erklärung sprengen würde.
Faktisch wird das Werkstück eingespannt und anschließend nur von unten gegen die Stirnseite abgeschreckt und so
10min gehalten. Grund hierfür ist, das danach bestimmt wird, wie sich die Härte von der abgeschreckten Stirnseite
durch das gesammte Bauteil verteilt hat. Anzunehmen ist, das die Härte nach oben hin, abnimmt.
Der Meister bei der Arbeit. Ist wie auf dem Rummel...nur hier bei 850°C und einer langen schweren Zange.
Das Teil muss nun genau gepackt werden, um es in einem Zug ohne ruckeln perfekt in die Führung zu bringen.
Für diesen Vorgang habe ich nur wenige Sekunden Zeit.
Hier wurde es eingesteckt und mein Kollege bewegt nun schlell den Teller zur Seite, welcher das Wasser abhält.
Sehr gut zu sehen, wie das Wasser das Werkstück von unten anfangen abschreckt. Die Farbe lässt erahnen, das es ganz schön
heiß ist. Selbst nach 10min zischt es immer noch kräftig.
Hier der Blick in den Ofen. Zwar nicht mit diesem Werkstück, aber mein Bild war nicht so gut, drum habe
ich meinen Dozenten gebeten mir mit einem seiner Bilder auszuhelfen. Danke!
Nach dem Abschrecken, wurde der Knüppel auf der gesammten Länge hin auf seine Härte untersucht. Unsere Messungen
ergaben, das wir genau innerhalb der Angaben zu dieser einen Stahlsorte lagen. Später haben wir diesen Knüppel
noch in genormte Abschnitte zerlegt, eingegossen und geschliffen. Anschließend wurde noch alles auf hochglanz poliert,
um anschließend das Gefüge, welches entstanden ist unter dem Mikroskop zu betrachten.
Mit diesem grossen Mikroskop werden die Gefüge untersucht. Die Vergrösserung geht bis 1000fach, was schon ganz gut ausreicht.
Oben aufgesteckt ist eine Digitalkamera, welche Live das Bild auf den PC Monitor bringt.
So sieht ein Prüfling aus. Hier ist die Probe in eine Einbettmaße aus Epoxydharz vergossen. So lässt
es sich einfach viel besser schleifen und polieren. Ausserdem ist es so auch in entsprechende Schleifmaschinen
einspannbar. Doch...wie soll es anders sein...wir dürfen mit der Hand schleifen. Aber irgenwann hat man das drauf.
Diese Probe wird auf eine rotierende Schleifscheibe gedrückt, welche mit verschiedenen Schleifpapieren bestückt werden kann.
Es wird ausserdem nass geschliffen um ungewollte Erwärmungen auszuschließen...währe ja dann schon eine Wärmebehandlung die nicht
gewollt ist!
So sieht nun Martensit aus. MArtensit ist ein Gefüge innerhalb des Kohlenstoffstahls, welches entsteht, wenn
Stahl erhitzt und abgeschreckt wird. Kurz um, ...es ist nun gehärtet und sehr hart. Mit der Härte sinkt aber nun
die Zähigkeit. Zudem wird der Werkstoff auch spröde und kann bei falscher weiterer thermischer Behandlung oder falschem
EInsatz in der Praxis reißen.
Mit diesem...
und diesem Gerät kann man die Härte messen. Beiden Maschinen ist gemeinsam, das durch Druck ein definierter Gegenstand in das
Material gedrückt wird, und dabei die Kraft gemessen wird, die aufgebracht werden muss. Bei der einen ist es eine
extrem harte Hartmetallkugel, bei dieser hier ist es ein kleiner Diamant.
Hier sieht man, ...naja, erahnt man unscharf den kleinen Diamanten. Man erkennt aber gut die kleine Spitze.
Bevor mann allerdings etwas prüft, muss mit einem speziellen teuren Prüfkörper mit einer exakt vordefinierten
Härte das Gerät quasi getestet werden, ob es auch richtige Messergebisse bringen kann. Man erkennt auch
sehr gut die Diamantspitze.
Durch den Lichtschirm kann man nun Messen und schauen, wie hart das Metall ist. Es werden die beiden Diagonalen
gemessen, und aus den beiden der Durchschnitt errechnet. Mit einer intern vorgegebenen Formel wird nun die
Härte angezeigt.
Als kleines Beispiel, was geprüft werden kann, habe ich mal ein Stück einer Schweißnaht herausgekramt.
Man erkennt im übringen sehr gut, die Fehlstelle in der Mitte. So etwas ist mit dem Auge von aussen
nicht zu erkennen und nur durch Ultraschall zu erkennen.
Hier sieht man diese Schweißnaht entsprechend zum testen bereit.
So sieht ein weiterer Prüfkörper aus. Er ist teuer und in diesem Fall schon ganz schön gebraucht.
Hier ist ein Eindruck mit der Hartmetallkugel zu sehen.
Das Einsatzhärten eines 16MnCr5 Stahls
(weitere 10 Bilder mit Video) Ich entschuldige die ungewöhnliche Machart dieser Doku, mit den vielen Bildern, aber da die Thematik zusammenhängt, bot es sich an.Unter dem Einsatzhärten versteht man das Aufkohlen der Oberfläche. Ziel ist es, dem Werkstück eine hohe Oberflächenhärte und einen zähen Kern zu verleihen. Als Aufkohlungsmedium wird Kohlegranulat verwendet.
Hier sieht man eine kleine Pfanne, gefüllt mit dem Granulat. Dieses Granulat stellt den reinen Kohlenstoff da.
Als ersten Schritt versenkt man die Probe komplett in der Pfanne, ohne das sie die Innenwand der Pfanne berührt.
Deckel drauf, um so gut wie möglich die Atmosphäre im inneren des Ofens von dem Granulat und der Probe fern zu halten.
Hier wurde die Pfanne in den Ofen gestellt. Das lange Rohr, dient der Entgasung.
Als nächstes wird der Ofen geschlossen, das Erdungskabel verbunden und der Ofen programmiert. Er wird
auf 900°C eingestellt, welche mehere Stunden gehalten werden müssen.
Das Handthermometer zeigt die Temperatur in der Pfanne, die rote Anzeige die Temperatur im Ofen.
Nun gehts an´s eingemachte. Die Pfanne muss wieder raus, um an die Probe zu kommen.
Doch mit einer Zange stellt sich das als ziemlich kompliziert da. Nun gut..
-...irgenwann ist die Pfanne dann auch draussen. Sie glüht in einem hellen Orange und strahlt eine ungeheure
Hitze ab. In einem halben Meter ist es kaum auszuhalten.
Und nun muss die Probe herausgefischt werden. Wenn man nicht weis, wo sie liegt ist das schon etwas anstrengend, weil
kostbare Zeit vergeht. In der Pfanne liegen noch weitere Proben, welche noch etwas müssen.
Hier kann man gut erkennen, wie die gesammte Oberfläche...ob Granulat oder Pfanne anfangen abzukühlen. Unter
ca.550°C verliert man die hellorangene Farbe.
Hier sieht man einmal den gesammten Vorgang.
Noch was am Ende. Diese kleine Doku ist Inhaltlich nicht vollständig! Sie soll nur in sehr kleinen Maßstab zeigen, wie eine Härtung von statten gehen kann.
Abschluss
Di / 08.03.2022
