Wärmebehandlung

Kontrolliertes Bainitisieren trumpft in puncto Wirtschaftlichkeit auf

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Bei der gezielten Veredlung hochwertiger Bauteile aus Werkstoffen wie Kugelgraphitguss oder Trip-Stählen spielt das Bainitisieren bereits eine zentrale Rolle. In diesem Anwendungsbereich wird der Sensor zur Qualitäts- und Wirtschaftlichkeitssteigerung beitragen.

Bainitisches Gefüge kann sehr unterschiedliche Eigenschaften abdecken

Kennzeichnend für ein bainitisches Gefüge ist, dass es sich in weiten Grenzen einstellen lässt. Somit kann es sehr unterschiedliche Eigenschaften abdecken.

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Man unterscheidet zwischen oberem Bainit und unterem Bainit – je nachdem, bei welcher Temperatur die isotherme Umwandlung erfolgt ist. Außerdem ermöglicht das Bainitisieren, sehr gezielt Restaustenit als weicheren Gefügebestandteil zu vermeiden und für bestimmte Anwendungen definierte stabilisierte Restaustenitgehalte einzustellen [1 und 2].

Bainitisieren erlaubt gleichzeitige Einstellung von hoher Härte und Zähigkeit

Im Vergleich zum martensitischen Härten hat das Bainitisieren vor allem einen herausragenden Vorteil [3]: Es ermöglicht, gleichzeitig sehr hohe Härte und hohe Zähigkeit einzustellen.

Dieser Vorteil ist im Bild 2 am Beispiel des 100Cr6 dem martensitischen Härten gegenübergestellt. Bainitisch gehärtet erreicht man dabei zwar geringfügig niedrigere Härtewerte, jedoch wird die Zähigkeit – in Bild 2 im Kerbschlagversuch als Schlagarbeit erfasst – um mehr als 40% gesteigert.

Bainitisieren punktet mit niedrigem Verzug und hoher Maßstabilität

Weitere Vorteile des bainitischen Härtens sind ein niedriger Verzug, eine hohe Maßstabilität, ein erhöhter Widerstand gegen Risswachstum und die Möglichkeit zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Randschicht, um die Beanspruchbarkeit der Oberflächen zu erhöhen.

Bei nahezu allen technischen Kenngrößen hat das bainitische Härten Vorteile im Vergleich zum martensitischen Verfahren. Der entscheidende Nachteil des bainitischen Härtens ist jedoch die vergleichbar lange Haltezeit im Bainitbad.

Lange Dauer des Bainitisierens beeinträchtigt Wirtschaftlichkeit

Die Bainitumwandlung ist ein zeitintensiver Prozess. Die Prozessdauer hängt vom Werkstoffgefüge, von der Zusammensetzung der Legierung, von den Temperaturen der Austenitisierung sowie von der Bainitumwandlung ab. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, den Prozessablauf mit Anfang und Ende der Bainitisierung vorauszusagen [5, 6 und 7].

Aus diesem Grund wird vielfach mit hohen Zeitzuschlägen gearbeitet, um sicher eine vollständige Umwandlung zu gewährleisten. Dieser Aspekt verringert die Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und damit die Akzeptanz in der Praxis.

Ausscheidung feiner Nadelstrukturen kennzeichnet die Gefügeumwandlung

Die Bainitisieren läuft dreistufig ab: Erst erfolgt das Austenitisieren durch Erwärmen auf eine ausreichend hohe Temperatur. Dabei kommt es zu einer möglichst vollständigen Phasenumwandlung von Ferrit (krz-Gitter) in Austenit (kfz-Gitter).

Danach wird das Bauteil so schnell auf die Bainitisierungstemperatur gekühlt, dass kein Ferrit oder Perlit entsteht. Schließlich wird die Bainitisierungstemperatur konstant gehalten. Dabei erfolgt nach und nach die Umwandlung vom Austenit (kfz) zum Bainit (krz).

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