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Einfluß einer erhöhten Anlaßtemperatur auf die mechanischen Eigenschaften eines nach zweifacher Austenitisierung gehärteten 100 Cr 6

gefördert von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung (AiF) abgeschlossen: 1997,
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Günther Löwisch

   Assessment of the mechanical properties of double austenitized and hardened bearing steel
To improve the ductility of the bearing steel 100Cr6 a high temperature austenitisation was performed before conventional hardening. Due to this heat treatment a homogenous microstructure with a very fine carbide precipitation is achieved. This microstructure shows an improved annealing stability. Ductility and strength are higher compared to the conventional hardened steel of equal hardness.

Vergleich von Zugfestigkeit und Bruchzähigkeit

   Durch eine der konventionellen Härtung vorgeschaltete Austenitisierung bei erhöhter Temperatur und anschließender Perlitumwandlung werden beim Wälzlagerstahl 100Cr6 nach dem Härten Gefüge erzielt, die sich gegenüber denen bei konventioneller Wärmebehandlung erhaltenen durch eine höhere Homogenität und eine feinere Carbidverteilung auszeichnen.
Unter einsinniger mechanischer Beanspruchung zeigt das Gefüge je nach Beanspruchungsart unterschiedliche Stärken und Schwächen. Im Bereich kleiner Verformungen werden durch das zweifache Austenitisieren stets höhere Dehngrenzen erreicht, da die in der höher kohlenstoffhaltigen Matrix höhere Versetzungs- und Zwillingsdichte und besonders bei den höher angelassenen Varianten der höhere Anteil an e-Carbiden in der Matrix zu einer zusätzlichen Versetzungs- bzw. Teilchenverfestigung führen. Bei hohen Verformungen wird allerdings besonders bei den hochangelassenen Proben, vermutlich aufgrund des hohen Anteils schneidbarer Ausscheidungen, keine Verfestigung erreicht. Das führt dazu, daß bei Beanspruchungen mit geringer Verformung bis zum Bruch die Festigkeit oberhalb der der konventionell gehärteten Variante, bei Beanspruchung mit großen Verformungen bis zum Bruch dagegen unterhalb der konventionell gehärteten Varianten liegt. Verstärkend wirkt sich hierbei aus, daß die Verformungsfähigkeit des zweifach austenitisierten Gefüges nach dem Anlassen bei hoher Temperatur abnimmt, da der vorhandene Restaustenit vollständig abgebaut wird. Somit ist die höhere Verformbarkeit im Zugversuch lediglich auf die günstigere Carbidverteilung, die zu weniger örtlichen Spannungsspitzen führt, zurückzuführen. Bei den Versuchen, bei denen eher die Matrix des Werkstoffes beansprucht wird (Torsionsversuch, gekerbte Biegeproben), sind die mechanischen Eigenschaften der hochangelassenen Proben schlechter als die der konventionell gehärteten.

Entscheidend für die Einsatzfähigkeit eines Werkstoffes ist aber stets die Summe seiner mechanischen Eigenschaften. Angestrebt wird immer ein optimaler Kompromiß zwischen Festigkeit und Härte einerseits und Zähigkeit andererseits. Es bietet sich daher an, diese beiden Eigenschaften in Diagrammform gegeneinander aufzutragen. Dies ist in Bild 1 für die Zugfestigkeit und die Bruchzähigkeit geschehen. Klassischerweise wird erwartet, daß mit zunehmenderZugfestigkeit die Bruchzähigkeit abnimmt. Die konventionell gehärtete und die bei 180°C angelassene zweifach austenitisierte Variante liegen auf einer solchen fallenden Geraden. Bei höherer Anlaßtemperatur nimmt aber die Bruchzähigkeit trotz zunehmender Zugfestigkeit nicht mehr ab. Ein Anlassen zweifach austenitisierter Bauteile aus dem Werkstoff 100 Cr 6 bei erhöhter Anlaßtemperatur bringt also gegenüber dem Anlassen bei 180°C eine Verbesserung der Werkstoffeigenschaften. Die Qualitäten des bainitischen Zustandes werden allerdings nicht erreicht. Es muß aber festgehalten werden, daß die Härte des Bainits um gut 50 HV unterhalb der der hochangelassenen zweifach austenitisierten Proben liegt.