M2 Wärmebehandlungen: Abschrecken und Anlassen

Thema

Das Anlassen dieses Metalls, ein schneller Abkühlprozess, der annähernd dem Newtonschen Abkühlungsgesetz folgt, bestimmt gemäß der Koistinen-Marburger-Gleichung den Anteil an Martensit, der sich im Metall während des Abkühlens im Bereich der Martensit-Umwandlungstemperatur bildet. Diese Gleichung beschreibt, wie sich mit sinkender Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur immer mehr Austenit in Martensit umwandelt, ohne dass für diese Umwandlung bei jeder Temperatur zusätzliche Zeit benötigt wird; sie muss lediglich erreicht werden. Da die während des Anlassens erreichte Mindesttemperatur niedriger ist, ist der resultierende Martensitanteil gemäß der Koistinen-Marburger-Gleichung höher.

Dieser Abschreckprozess fixiert nicht nur den Martensitanteil, sondern erzeugt auch einen Temperaturgradienten im Metall zwischen der zuerst abkühlenden Oberfläche und dem später abkühlenden Kern. Einem anderen Modell zufolge erzeugt dieser Temperaturgradient die Restspannungen, die schließlich zu Rissen im Metall führen können. Ein intensiverer Abschreckprozess mit schnellerer Abkühlung erhöht den Temperaturgradienten zwischen Oberfläche und Kern. Folglich ist auch die resultierende Restspannung nach dem Abschrecken gemäß demselben Modell höher.

Das nun abgeschreckte und größtenteils in Martensit umgewandelte Metall ist weiterhin spröde und weist noch immer die Restspannung auf. Anschließend wird es einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen: dem Anlassen. Dabei wird eine bestimmte Anlasstemperatur für eine definierte Zeit gehalten. Der Hollomon-Jaffe-Parameter kombiniert Anlasstemperatur und -zeit zu einem einzigen Wert und quantifiziert deren kombinierte Wirkung auf das Metall. Unabhängig davon, ob die Anlasstemperatur höher oder die Anlasszeit länger ist, ist der Hollomon-Jaffe-Parameter in beiden Fällen höher.

Daher bestimmt in diesem Modell mit dem anfänglichen Abschrecken und Anlassen der Hollomon-Jaffe-Parameter die endgültige Anlasshärte des Metalls: Je höher der Hollomon-Jaffe-Parameter, desto stärker wandelt sich der durch das Abschrecken entstandene spröde Martensit in ein weicheres, aber auch zäheres Gefüge um, und desto geringer ist folglich die endgültige Anlasshärte des Metalls. Da dieses Anlassen durch die Beschleunigung der Martensit-Umwandlung auch einen Teil der durch die schnelle Abkühlung entstandenen Restspannungen abbaut, erfüllt diese nachfolgende Wärmebehandlung zwei Zwecke: die Anpassung der endgültigen Anlasshärte des Metalls und die Minderung des Risikos von Abschreckrissen, das von diesen Restspannungen ausgeht.

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