Metallographie Forum

[Kalin]

Liebe Community,
die metallographische Untersuchung gehört leider nicht zu meinen Stärken. Eventuell könntet Ihr mir ein bisschen auf die Sprünge helfen.

Die Prozessparameter sind alle in folgender Tabelle dargestellt.



Dem Aufkohlen folgte ein Abschrecken im Ölbad, daraufhin wurde die eine Probe tiefgekühlt, die anderen beiden bei Raumtemperatur belassen. Nach diesem Schritt wurde die Oberflächenhärte gemessen, bevor die drei Proben angelassen wurden.
Es wurden zu je 3 Proben der Rand und der Kern aufgenommen. Nun ist die Frage, was sehe ich vor mir und woran liegt es. Es reichen natürlich auch Hinweise, um mir mehr Informationen zu den einzelnen Gefügen zu besorgen.



Probe 1 Rand : Erste Spalte in der Tabelle

Probe 2 Rand : Zweite Spalte in der Tabelle


Probe 3 Rand : Dritte Spalte in der Tabelle


Probe 1 Kern : Erste Spalte in der Tabelle


Probe 2 Kern : Zweite Spalte in der Tabelle

Probe 3 Kern : Dritte Spalte in der Tabelle



Ich möchte euch bereits jetzt schon für eure Hilfe danken.

Gruß
Kalin

[Kaatz]

Hallo Kalin,

kannst du bitte die upload-Funktion des Forums benutzen ('Bild hochladen'- Schaltfläche), wenn so viele Bilder gegenübergestellt werden sollen?

Es ist nämlich sehr nervig zwischen 6 Fenstern rumzuspringen (in denen die Bilder leider nicht nummeriert sind) und das Öffnen der Fotodateien dauert (zumindest auf meinem PC) zu lange.

Danke.

In deiner Tabelle kann ich mit der Angabe in Zeile 2: 'Nach dem Einsatzhärten - Raumtemperatur' nix anfangen.
Soll das heißen, dass nicht unter RT abgeschreckt wurde?
Interessanter wäre das Medium (Wasser, Öl, Warmbad?) in dem gehärtet wurde.

Abb.1: 1. Probe/Rand zeigt Martensit (braune Nadeln), Restaustenit (weiße Flächen) und ein paar Karbide (weiße rundliche Ausscheidungen zwischen den anderen beiden)
theoretische Ursache für Restaustenit: Anlasstemperatur zu niedrig oder Zeit zu kurz für die vollständige Umwandlung in Martensit
Ursache für Karbide: Sie gehen ab 0,8% Kohlenstoff nicht mehr vollständig im Austenit in Lösung bei der Härtung.
Abb.4: 1. Probe/Mitte: normales Härtungsgefüge für 0,2% Kohlenstoff aus Bainit (Zwischenstufe) evt. auch mit martensitischen Anteilen aufgrund der hohen Abschreckgeschwindigkeit in Stickstoff.

Abb.2: 2. Probe/Rand: zu hoch angelassenes Härtungsgefüge (dunkel, da sehr viele feinste Karbide ausgeschieden wurden) mit weißen Karbiden (Grund wie oben schon beschrieben)
Abb.5: 2. Probe/Mitte: etwas schwach geätzt, da ist kaum was zu erkennen. Aufgrund der Wärmebehandlung und des Härtewerts vermutlich Bainit (Zwischenstufe), da beim Härten die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit nicht errreicht worden ist und außerdem die hohe Anlasstemperatur die karbidischen Teilchen zu größeren Partikeln koagulieren lässt. Hier sieht der Kern darum anders aus als der Bainit im Kern von Probe 1.

Abb. 3: Probe 3/Rand: Martensit nur teilweise angelassen (die blassen Nadeln könnten tetragonaler Martensit sein). Entweder sind 260°C Anlasstemperatur zu niedrig zur Umwandlung in kubischen Martensit oder die Anlasszeit war zu kurz.
3. Möglichkeit: Abbildung 1 und 3 sind vertauscht

Abb. 6: 3. Probe/Kern: wie bei Probe 1 normales Härtungsgefüge für 0,2% Kohlenstoff aus Bainit (Zwischenstufe) evt. auch mit martensitischen Anteilen aufgrund der hohen Abschreckgeschwindigkeit in Stickstoff. Die unterschiedliche Grobnadligkeit des Martensits dürfte darauf zurückzuführen sein, dass bei Probe 1 aufgrund der hohen Abschreckwirkung des Stickstoffs auch der Kern feiner ausgebildet ist als bei Probe 3.

So, mehr fällt mir dazu nicht ein. Wenn noch Fragen sind oder jemand eine andere Auffassung hat, können wir das gerne diskutieren.

LG,

Petra Kaatz
_________________
Administrator - Metallographie Forum -

[Kalin]

Hallo Petra,

vielen Dank für deine Mühe.

Ich habe deinen Ratschlag gleich umgesetzt, schöner wäre es wenn die Bilder nebeneinander wären aber die Funktion habe ich nicht gefunden.

Die Proben wurden alle auf gleiche Weise in Öl abgeschreckt.
Nur die Nachbehandlung, das Tiefkühlen und das nicht-Tiefkühlen, variiert- die Anlasstemperatur natürlich auch.
Die Anlassdauer waren zwei Stunden, daher weiss ich nicht so genau ob das, wie in deinem Post beschrieben wurde, zu kurz für die Restaustenitumwandlung war. Aber wenn Restaustenit zu sehen ist muss es ja eine Ursache geben:)

Vielen Dank im Voraus

Kalin

[Kaatz]

Hallo Kalin,

danke für den neuen Upload der Fotos, so geht es leichter, finde ich.

Der Restaustenit wird von dem hohen Kohlenstoffgehalt verursacht, denn dadurch verschiebt sich die Martensit-finish-Temperatur weit unter Raumtemperatur. Beim direkten Abschrecken in Stickstoff sollte die Mf-Temperatur eigentlich erreicht werden und Restaustenit nicht mehr vorhanden sein. Spätestens beim Anlassen müßten die letzten Reste dann in Martensit umwandeln, weil dabei der Kohlenstoff aus dem Restaustenit ausdiffundiert (und Karbide bildet) und dadurch der C-Gehalt sinkt und somit eine Umwandlung in Martensit möglich wird (weil Mf durch den kleineren C-Gehalt wieder bei höheren Temp. erreicht wird).

Also wie schon gesagt: Das Foto passt nicht zu der Wärmebehandlung, denn Restaustenit dürfte nach deinen Angaben nicht vorhanden sein...

Im 'Stahlschlüssel' wird eine Anlasstemperatur von 200°C für mindestens eine Stunde angegeben. Das dürfte also nicht der Grund sein. Allerdings gibt es ja immer den Effekt des Temperaturgradientens im Ofen...
Und für Wärmebehandlungen im Labor braucht man ein gewisses Mass an Erfahrung, um alle 'Klippen' zu umschiffen.

Vielleicht hat ja noch jemand anderer aus dem Forum eine Idee dazu?

LG,

Petra Kaatz
_________________
Administrator - Metallographie Forum -

[Kalin]

Hallo Petra,

auf deinen Hinweis hin, dass die Bilder für die Proben 1 und 3 vertauscht sein könnten, habe ich nochmal genau nachgesehen.
Du hast Recht, also habe ich die Tabelle überarbeitet, die Reihenfolge der Bilder müsste nun zu der Behandlung passen.

Die Analyse von ehemalig Probe 1 gehört nun zu Probe 3 und da habe ich keine Verständnisschwierigkeiten.
Probe 2 macht mir die Analyse des Kerns ein wenig Schwierigkeiten, woran erkenne ich denn Bainit? Ist die Anlasstemperatur also hoch genug um das Kerngefüge zu verändern?

Du hast bei der ehemalig Probe 3 und nun neu Probe 1 geschrieben:

[Matthias1111]

Hallo Kalin, hallo Petra,
mit der neuen Reihenfolge der Bilder habe ich jetzt so meine Schwierigkeiten, in der alten Reihenfolge war es für mich plausibler. Abb.1 -> Randgefüge martensitisch mit Restaustenit, passt zu der durchgeführten Wärmebehandlung, abschrecken in Öl wird bei diesem hohen Rand-C-Gehalt viel Restaustenit verursachen, dieser sollte bei der nachfolgenden Tiefkühlung weitestgehend umgewandelt werden (M90 ca.-100°C). Abb.2 -> siehe oben genanntes Gefügebeschreibung, schön zu sehen sind die Sekundärzementitausscheidungen auf den ehemaligen Austenitkorngrenzen, sehr ungünstig für die Eigenschaften. Abb.3 -> wäre dann für mich Martensit mit hohem Restaustenitgehalt. Aus meiner Erfahrung kann ein 20MnCr5 durchaus so aussehen, wenn er nur in Öl abgeschreckt wird. Durch den Cr-Gehalt ist der Restaustenitgehalt eh' etwas höher, wenn Mf oder M90 nicht erreicht wird gibt es noch mehr und wenn ich dann noch so massiv überkohle, wie es hier passiert ist, kann das Gefüge so aussehen. Ich würde bei diesem Werkstoff nur auf einen Rand-C-Gehalt von 0,78 bis max. 0,8%C aufkohlen. Das Anlassen hat dann den Restaustenit noch stabilisiert. Ich vermute außerdem, dass hier evtl. direkt aus der Einsatzwärme abgeschreckt wurde, also von 925°C, oder? Auch das erhöht den Restaustenitanteil nach dem Abschrecken.
Die angegebenen Oberflächenhärten passen zu den Gefügebildern. Die Anlasszeiten waren i.O., bei Probe 2 sind die 460°C sehr unüblich, hier würde ich Anlassversprödung erwarten, und ja, das Kerngefüge wird dabei verändert.
Ich hoffe, ich habe nicht noch mehr verwirrung gestiftet.
LG, Matthias

[Kalin]

Vielen Dank Matthias,

die Bilder, die vertauscht wurden, waren von dem Kern. Das heisst Abbildung 4 wurde mit Abbildung 6 vertauscht, da dort Restaustenit zu sehen war, wo eigentlich keiner sein sollte. Oder sind die beiden Kerngefüge von Probe 1 und 3 gleich?

Zu deiner Frage:

[Matthias1111]

Hallo Kalin,
das Abschrecken sollte nicht zu schroff sein, also ist Öl schon gut, je nach Geometrie der Bauteile sollte die Öltemperatur zwischen 60 und 80°C liegen. Danach sollte sie Tiefkühlbehandlung angeschlossen werden. Direkt in flüssigen Stickstoff ist nicht empfehlenswert, die Abkühlung wäre zu schroff, es könnte zu einer Rissbildung kommen. Die kritische Abkülgeschwindigkeit wird bei dem Werkstoff in Öl sicher erreicht. Wichtig ist dann nur das anschließende Abkühlen auf nahe Mf (also 'Martensit-Finish' oder M90 '90%ige Umwandlung, um den Restaustenit umzuwandeln. Auch das muss nicht unbedingt in flüssigem Stickstoff erfolgen, günstiger ist eine Kühlkammer, in der der flüssige Stickstoff vergast und umgewälzt wird, das ist nicht ganz so schroff. Problem ist die Volumenvergrößerung bei der Umwandlung von Austenit in Martensit, das umgebende harte,martensitische Gefüge kann die Verformung evtl. nicht aufnehmen und reisst dann.
Wichtiger wäre eine Absenkung der Temperatur vor dem Abschrecken. Aufgekohlter 20MnCr5 kann von 820-840°C gehärtet werden, das mindert die Restaustenitgefahr enorm!
Der Sekundärzementit sind die kugeligen, weißen Bereiche, insbesondere in der direkten Randzone.
Gruß, Matthias

[Kalin]

Vielen Dank Matthias,

kannst du evtl. noch eine Aussage über das Kerngefüge machen, da ja gesagt wurde, dass bei der Abbildung 2 auch der Kern sich ändern würde bei einer zu hohen Anlasstemperatur.
In meinen Amateuraugen, sieht der Kern von Probe 1 genauso aus wie der von Probe 2.
Der Kern von Probe 3 weist da aber Unterschiede auf.

Vielen Dank

Kalin

[Matthias1111]

Hallo Kalin,
ich habe bezüglich des Kerns den Aussagen von Petra eigentlich nichts hinzuzufügen. Probe 1 und 3 haben in etwas das gleiche Gefüge, Probe 1 sieht durch das Tiefkühlen etwas anders aus, die Martensitanteile sind anders ausgebildet. Aber bei gleichem Kern-C-Gehalt und fast gleicher Wärmebehandlung ist dies ja auch zu erwarten. Man erkennt das übrigens gut an der nahezu gleichen Härte.
Der Kern der zweiten Probe hat sich durch die höhere Anlasstemperatur wie beschrieben verändert, auch hier wieder gut an der Härte zu erkennen.
Die von Dir angesprochenen optischen Unterschiede würde ich mal auf die Präparation/das Ätzen schieben. des beste Indikator ist hier die Härte!
Gruß, Matthias