Die Volumen- und Formänderungen des Werkstücks während der Wärmebehandlung werden durch die Volumenausdehnung verursacht, die durch die spezifische Volumenänderung während der Gefügeumwandlung im Stahl verursacht wird, sowie durch die plastische Verformung durch Wärmebehandlungsspannung.Je größer also die Wärmebehandlungsspannung und je ungleichmäßiger die Phasenumwandlung ist, desto größer ist die Verformung und umgekehrt.Um die Verformung zu reduzieren, müssen Anstrengungen unternommen werden, um die Abschreckspannung zu reduzieren und die Streckgrenze des Stahls zu verbessern.

Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Verformung durch Wärmebehandlung

Die chemische Zusammensetzung von Stahl beeinflusst die Wärmebehandlungsverformung von Werkstücken, indem sie die Streckgrenze, den Ms-Punkt, die Härtbarkeit, das spezifische Volumen der Mikrostruktur und den Restaustenitgehalt des Stahls beeinflusst.

Der Kohlenstoffgehalt von Stahl beeinflusst direkt das spezifische Volumen verschiedener Mikrostrukturen, die nach der Wärmebehandlung erhalten werden (die Beziehung zwischen dem spezifischen Volumen verschiedener Mikrostrukturen bei Raumtemperatur und dem Kohlenstoffgehalt – abgekürzt: die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt von Kohlenstoffstahl und dem Ms-Punkt und dem Restaustenit – abgekürzt).Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt des Stahls nimmt das Martensitvolumen zu und die Streckgrenze steigt.Die Erhöhung der Härtbarkeit und des spezifischen Martensitvolumens erhöht die Spannungs- und Wärmebehandlungsverformung der abgeschreckten Mikrostruktur.Die Erhöhung des Restaustenitgehalts und der Streckgrenze verringert die spezifische Volumenänderung, was zu einer Verringerung der Gewebespannung und einer Verringerung der Verformung durch die Wärmebehandlung führt.Der Einfluss des Kohlenstoffgehalts auf die Verformung von Werkstücken während der Wärmebehandlung ist das Ergebnis der Kombination der oben genannten gegensätzlichen Faktoren.

Der Einfluss des Kohlenstoffgehalts auf die Volumenänderung beim Abschrecken(Probengröße: ￠25 * 100)

Der Abschreckverformungstrend der 08-Stahlprobe besteht darin, die Länge zu verkürzen, den Durchmesser in der Mitte der Probe zu vergrößern und den Durchmesser am Ende zu verringern, wodurch eine Taillentrommelform entsteht.Dies liegt daran, dass der Ms-Punkt von kohlenstoffarmem Stahl zwar hoch ist, die Streckgrenze des Stahls jedoch niedrig ist, wenn eine martensitische Umwandlung auftritt, die Plastizität gut ist und er sich leicht verformen lässt.Aufgrund des geringen Martensitvolumens ist die Gewebespannung jedoch nicht groß und es kommt nicht zu einer großen plastischen Verformung.Im Gegenteil, die durch thermische Belastung verursachte Verformung ist relativ groß und äußert sich letztendlich in einer Verformung durch thermische Belastung.

Die Mikrostrukturspannung wurde zum dominierenden Faktor, der die Verformung der 55-Stahlprobe verursachte, was zu einer Verringerung des Mitteldurchmessers, einer Vergrößerung des Enddurchmessers und einer Vergrößerung der Länge führte.

Wenn der Massenanteil des Kohlenstoffs aufgrund der Abnahme des Ms-Punkts und des Anstiegs des Restaustenitgehalts weiter auf über 0,8 % ansteigt, wird seine Verformung zu einer Verformung vom Typ thermischer Spannung mit verkürzter Länge und vergrößertem Durchmesser.Und aufgrund der höheren Streckgrenze von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist seine Verformung geringer als die von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.Bei Kohlenstoffstahl ist die Verformung in den meisten Fällen bei T7A-Stahl am geringsten.Wenn der Massenanteil von Kohlenstoff mehr als 0,7 % beträgt, neigt er zum Schrumpfen;Wenn der Massenanteil von Kohlenstoff jedoch weniger als 0,7 % beträgt, neigen sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser dazu, sich auszudehnen.

Im Allgemeinen beginnt bei vollständiger Abschreckung die martensitische Umwandlung aufgrund des höheren Ms-Punkts von Kohlenstoffstahl im Vergleich zu legiertem Stahl bei höheren Temperaturen.Aufgrund der guten Plastizität von Stahl bei höheren Temperaturen und der relativ geringen Streckgrenze von Kohlenstoffstahl selbst neigen Kohlenstoffstahlteile mit Innenlöchern (oder Hohlräumen) dazu, sich stärker zu verformen und die Innenlöcher (oder Hohlräume) neigen zum Quellen.Aufgrund seiner hohen Festigkeit, seines niedrigen Ms-Punkts und seines hohen Restaustenitgehalts weist legierter Stahl eine relativ geringe Abschreckverformung auf, die sich hauptsächlich in einer Verformung durch thermische Spannung äußert, und seine inneren Löcher (oder Hohlräume) neigen zum Schrumpfen.Daher kommt es bei Werkstücken aus hochgekohltem Stahl und hochlegiertem Stahl beim Abschrecken unter den gleichen Bedingungen wie bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt häufig hauptsächlich zu einer Schrumpfung der inneren Löcher.

Der Einfluss von Legierungselementen auf die Wärmebehandlungsverformung von Werkstücken spiegelt sich hauptsächlich in ihrem Einfluss auf den Ms-Punkt und die Härtbarkeit des Stahls wider.Die meisten Legierungselemente wie Mangan, Chrom, Silizium, Nickel, Molybdän, Bor usw. senken den Ms-Punkt des Stahls, erhöhen die Menge an Restaustenit, verringern die spezifische Volumenänderung und die Mikrostrukturspannung beim Abschrecken und reduzieren so die Abschreckverformung des Werkstücks.Die Legierungselemente verbessern die Härtbarkeit des Stahls erheblich, wodurch die Volumenverformung und die Strukturspannung des Stahls erhöht werden, was zu einer erhöhten Tendenz zur Verformung des Werkstücks durch Wärmebehandlung führt.Darüber hinaus wird aufgrund der verbesserten Härtbarkeit von Stahl durch Legierungselemente die kritische Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken reduziert.In der tatsächlichen Produktion kann zum Abschrecken ein mildes Abschreckmedium verwendet werden, wodurch die thermische Belastung verringert und die Verformung des Werkstücks durch die Wärmebehandlung verringert wird.Silizium hat kaum Einfluss auf den Ms-Punkt und hat nur eine reduzierende Wirkung auf die Verformung der Probe.Wolfram und Vanadium haben wenig Einfluss auf die Härtbarkeit und den Ms-Punkt und haben wenig Einfluss auf die Verformung des Werkstücks während der Wärmebehandlung.Daher enthält der sogenannte mikroverformte Stahl in der Industrie eine große Menge an Legierungselementen wie Silizium, Wolfram und Vanadium.

Der Einfluss der ursprünglichen Organisation und des Spannungszustands auf die Verformung durch Wärmebehandlung

Die ursprüngliche Struktur des Werkstücks vor dem Abschrecken, wie Morphologie, Größe, Menge und Verteilung der Karbide, Segregation von Legierungselementen und Faserrichtung, die durch Schmieden und Walzen entsteht, haben alle einen gewissen Einfluss auf die Wärmebehandlungsverformung des Werkstücks .Kugelperlit hat ein größeres Volumen und eine höhere Festigkeit als Flockenperlit, sodass die Abschreckverformung des Werkstücks nach der Vorbehandlung zur Sphäroidisierung relativ gering ist.Bei einigen hochkohlenstofflegierten Werkzeugstählen wie 9Mn2V-, CrWMn- und GCr15-Stahl hat der Sphäroidisierungsgrad einen erheblichen Einfluss auf die Korrektur von Rissen durch Wärmebehandlungsverformung und Abschreckverformung, und es ist normalerweise ratsam, einen Sphäroidisierungsgrad von 2,5 bis 5 zu verwenden Struktur.Durch das Abschrecken und Anlassen wird nicht nur der Absolutwert der Verformung des Werkstücks verringert, sondern auch die Abschreckverformung des Werkstücks regelmäßiger, was sich positiv auf die Kontrolle der Verformung auswirkt.

Die Verteilung der Bandkarbide hat einen wesentlichen Einfluss auf die Wärmebehandlungsverformung von Werkstücken.Nach dem Abschrecken dehnt sich das Werkstück parallel zur Richtung des Hartmetallstreifens aus und schrumpft in Richtung senkrecht zum Hartmetallstreifen.Je gröber die Karbidpartikel sind, desto größer ist die Ausdehnung in Bandrichtung.Bei martensitischen Stählen wie Cr12-Stahl und Schnellarbeitsstahl haben die Morphologie und Verteilung der Karbide einen besonders großen Einfluss auf die Abschreckverformung.Aufgrund des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Karbide, der etwa 70 % der Matrix ausmacht, hemmen beim Erhitzen die Karbide mit geringerer Ausdehnung entlang der Bandrichtung die Dehnung der Matrix, während beim Abkühlen die Karbide mit geringerer Schrumpfung dies behindern Schrumpfung der Matrix.Aufgrund der langsamen Erwärmungstemperatur der Austenitisierung ist die hemmende Wirkung von Karbiden auf die Grundausdehnung schwach.Daher ist die gerichtete Wirkung von in Streifen verteilten Karbiden auf die Abschreck- und Erwärmungsverformung von Werkstücken relativ gering.Während des Abschreckens und Abkühlens nimmt jedoch aufgrund der schnellen Abkühlgeschwindigkeit die hemmende Wirkung von Karbiden auf die Matrixschrumpfung zu, was zu einer erheblichen Dehnung entlang der Richtung der Karbidstreifen nach dem Abschrecken führt.

Gewalzte und geschmiedete Werkstoffe weisen entlang unterschiedlicher Faserrichtungen ein unterschiedliches Verformungsverhalten bei der Wärmebehandlung auf.Der Unterschied in der Größenvariation entlang der Längs- und Querrichtung ist bei normalisierten Proben mit unklarer Faserorientierung relativ gering.Wenn in der getemperten Probe eine deutliche Streifenstruktur vorhanden ist, unterscheiden sich die Größenänderungen entlang der Faserrichtung und senkrecht zur Faserrichtung deutlich.Wenn das Schmiedeverhältnis groß ist und die Faserrichtung offensichtlich ist, ist die Größenänderungsrate der Längsprobe entlang der Faserrichtung größer als die der Querprobe senkrecht zur Faserrichtung.

Wenn in übereutektoidem Stahl Netzwerkkarbide vorhanden sind, reichern sich große Mengen an Kohlenstoff und Legierungselementen in der Nähe der Netzwerkkarbide an.In Bereichen, die weit von den Netzwerkkarbiden entfernt sind, sind die Kohlenstoff- und Legierungselemente geringer, was zu einer erhöhten Mikrostrukturspannung beim Abschrecken, einer erhöhten Abschreckverformung und sogar Rissbildung führt.Daher müssen die Netzwerkkarbide in übereutektoidem Stahl durch eine geeignete Vorwärmebehandlung entfernt werden.

Darüber hinaus führt die makroskopische Entmischung von Stahlbarren häufig zu einer quadratischen Entmischung im Querschnitt des Stahlmaterials, was häufig zu einer ungleichmäßigen Abschreckverformung scheibenförmiger Teile führt.Kurz gesagt: Je gleichmäßiger die ursprüngliche Struktur des Werkstücks ist, desto geringer ist die Verformung durch die Wärmebehandlung, desto regelmäßiger ist die Verformung und desto einfacher ist sie zu kontrollieren.

Der Spannungszustand des Werkstücks selbst vor dem Abschrecken hat einen wesentlichen Einfluss auf die Verformung.Insbesondere bei Werkstücken mit komplexen Formen, die einem Schnitt mit hoher Vorschubgeschwindigkeit unterzogen wurden, hat die Nichtbeseitigung der Eigenspannung erhebliche Auswirkungen auf die Abschreckverformung.

Der Einfluss der Werkstückgeometrie auf die Verformung durch Wärmebehandlung

Werkstücke mit komplexen geometrischen Formen und asymmetrischen Querschnittsformen, wie z. B. Wellen mit Keilnuten, Keilnutfräsern, turmförmigen Werkstücken usw., erfahren beim Abschrecken und Abkühlen eine ungleichmäßige Abkühlung, wobei eine Seite die Wärme schnell und die andere Seite langsam abführt.Wenn die durch ungleichmäßige Abkühlung über Ms verursachte Verformung vorherrscht, ist die Seite mit schnellerer Abkühlung konkav.Wenn die durch ungleichmäßige Abkühlung unter Ms verursachte Verformung vorherrscht, ist die Seite mit schnellerer Abkühlung konvex.Durch Erhöhen der Isothermenzeit, Erhöhen der Bainit-Umwandlungsvariablen, Stabilisieren des Restaustenits und Reduzieren des Ausmaßes der Martensit-Umwandlung bei der Luftkühlung kann die Verformung des Werkstücks erheblich verringert werden.

Der Einfluss von Prozessparametern auf die Verformung durch Wärmebehandlung

Unabhängig davon, ob es sich um eine herkömmliche Wärmebehandlung oder eine spezielle Wärmebehandlung handelt, kann es zu Verformungen durch die Wärmebehandlung kommen.Bei der Analyse des Einflusses von Wärmebehandlungsprozessparametern auf die Wärmebehandlungsverformung ist es am wichtigsten, die Auswirkungen von Erwärmungs- und Abkühlungsprozessen zu analysieren.Die Hauptparameter des Erwärmungsprozesses sind die Gleichmäßigkeit der Erwärmung, die Erwärmungstemperatur und die Erwärmungsgeschwindigkeit.Die Hauptparameter des Kühlprozesses sind die Gleichmäßigkeit der Abkühlung und die Abkühlgeschwindigkeit.Der Einfluss einer ungleichmäßigen Abkühlung auf die Abschreckverformung ist derselbe wie der, der durch eine asymmetrische Querschnittsform des Werkstücks verursacht wird.In diesem Abschnitt wird hauptsächlich der Einfluss anderer Prozessparameter erörtert.

Durch ungleichmäßige Erwärmung verursachte Verformungen – übermäßige Erwärmungsgeschwindigkeit, ungleichmäßige Temperatur in der Erwärmungsumgebung und unsachgemäßer Erwärmungsbetrieb – können alle zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Werkstücks führen.Die ungleichmäßige Erwärmung hat einen erheblichen Einfluss auf die Verformung schlanker oder dünner Werkstücke.Der Begriff „ungleichmäßige Erwärmung“ bezieht sich hier nicht auf den unvermeidlichen Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und der Mitte des Werkstücks während des Erwärmungsprozesses, sondern bezieht sich insbesondere auf den Temperaturgradienten in verschiedenen Teilen des Werkstücks aus verschiedenen Gründen.Um die durch ungleichmäßige Erwärmung verursachte Verformung zu reduzieren, sollte bei Werkstücken aus hochlegiertem Stahl mit komplexen Formen oder schlechter Wärmeleitfähigkeit eine langsame Erwärmung oder Vorwärmung verwendet werden.Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass eine schnelle Erwärmung zwar zu einer zunehmenden Verformung von Werkstücken mit langer Achse und dünnen plattenförmigen Teilen führen kann.Bei Werkstücken mit hauptsächlich volumetrischer Verformung spielt jedoch eine schnelle Erwärmung häufig eine Rolle bei der Reduzierung der Verformung.Dies liegt daran, dass, wenn nur der Arbeitsteil des Werkstücks abgeschreckt und gehärtet werden muss, durch schnelles Erhitzen die Mitte des Werkstücks in einem Zustand niedriger Temperatur und hoher Festigkeit gehalten werden kann und der Arbeitsteil die Abschrecktemperatur erreichen kann.Dieser hochfeste Kern kann eine erhebliche Verformung des Werkstücks nach dem Abschrecken und Abkühlen verhindern.Darüber hinaus können durch schnelles Aufheizen höhere Aufheiztemperaturen genutzt werden und durch kürzere Aufheiz- und Isolationszeiten kann die durch das Gewicht des Werkstücks bei längerem Aufenthalt bei hohen Temperaturen verursachte Verformung verringert werden.Durch schnelles Erhitzen wird die Phasenübergangstemperatur nur an der Oberfläche und in lokalen Bereichen des Werkstücks erreicht, wodurch der Volumenänderungseffekt nach dem Abschrecken entsprechend verringert wird, was sich auch positiv auf die Reduzierung der Abschreckverformung auswirkt.

Der Einfluss der Erwärmungstemperatur auf die Verformung – Die Erwärmungstemperatur beim Abschrecken beeinflusst die Verformung beim Abschrecken, indem sie die Temperaturdifferenz während des Abschreckens und damit die Härtbarkeit, den Ms-Punkt und die Menge an Restaustenit verändert.Eine Erhöhung der Abschreckerwärmungstemperatur erhöht den Restaustenitgehalt, senkt den Ms-Punkt, verringert die durch strukturelle Spannungen verursachte Verformung und neigt dazu, den Lochhohlraum von hülsenförmigen Werkstücken zu verkleinern.Andererseits verbessert die Erhöhung der Abschreckerwärmungstemperatur die Härtbarkeit, erhöht den Temperaturunterschied beim Abschrecken, erhöht die thermische Spannung und führt tendenziell zu einer inneren Lochausdehnung.Die Praxis hat gezeigt, dass bei Werkstücken aus kohlenstoffarmem Stahl, wenn das Innenloch nach dem Abschrecken bei normaler Heiztemperatur schrumpft, eine Erhöhung der Abschreckheiztemperatur zu einer stärkeren Schrumpfung führt.Um die Schrumpfung zu verringern, sollte die Abschrecktemperatur gesenkt werden;Wenn sich bei Werkstücken aus legiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt das Innenloch nach dem Abschrecken bei normaler Heiztemperatur ausdehnt, führt eine Erhöhung der Abschreckheiztemperatur zu einer stärkeren Ausdehnung.Um die Ausdehnung des Lochhohlraums zu verringern, ist es auch erforderlich, die Abschreckheiztemperatur zu senken.Bei hochlegiertem Formenstahl vom Typ Cr12 führt eine Erhöhung der Abschrecktemperatur zu einem Anstieg des Restaustenitgehalts und einer Tendenz zur Verringerung der Porengröße.

Der Einfluss der Abschreckgeschwindigkeit auf die Verformung – Im Allgemeinen gilt: Je intensiver die Abschreckkühlung, desto größer der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenseite des Werkstücks und verschiedenen Teilen (Teile mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen) und desto größer ist die erzeugte innere Spannung , was zu einer Zunahme der Verformung durch die Wärmebehandlung führt.Die Verformung von Warmformstahlproben (150 Länge x 100 Breite x 50 Höhe) nach dem Abschrecken und Anlassen bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten.Die Abkühlgeschwindigkeit der drei Medien ist bei der Ölkühlung am höchsten, gefolgt von der Heißbadkühlung und am langsamsten bei der Luftkühlung.Nach dem Abschrecken mit drei verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten neigen Länge und Breite des Werkstücks dazu, zu schrumpfen, wobei sich der Verformungsgrad kaum unterscheidet.Allerdings ist die durch Luftkühlung und Heißbadabschreckung mit langsamer Abkühlgeschwindigkeit in Dickenrichtung verursachte Verformung mit einer Verformungsexpansion von 0,05 % viel geringer, während beim Ölabschrecken eine Schrumpfverformung mit einer maximalen Verformung von etwa 0,28 % auftritt.Wenn jedoch die Änderung der Abkühlgeschwindigkeit eine Änderung der Phasenumwandlung des Werkstücks verursacht, führt eine Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit nicht unbedingt zu einer Erhöhung der Verformung, sondern kann manchmal sogar die Verformung verringern.Wenn beispielsweise kohlenstoffarmer legierter Stahl aufgrund des Vorhandenseins einer großen Menge Ferrit in der Mitte nach dem Abschrecken schrumpft, kann eine Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken, um mehr Bainit in der Mitte zu erhalten, die Schrumpfungsverformung wirksam reduzieren.Wenn das Werkstück dagegen aufgrund des nach dem Abschrecken in der Mitte entstandenen Martensits anschwillt, kann eine Verringerung der Abkühlgeschwindigkeit zur Verringerung der relativen Menge an Martensit in der Mitte auch die Schwellung verringern.Der Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken auf die Abschreckverformung ist ein komplexes Problem. Das Prinzip besteht jedoch darin, die Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken zu minimieren und gleichzeitig die erforderliche Mikrostruktur und die erforderlichen Eigenschaften sicherzustellen.

Der Einfluss von Alterung und Kältebehandlung auf die Verformung durch Wärmebehandlung – Um die Genauigkeit und Maßhaltigkeit bei Langzeitgebrauch bei Präzisionsteilen und Messwerkzeugen aufrechtzuerhalten, ist es häufig erforderlich, sich einer Kältebehandlung und einem Temperieren zu unterziehen, um ihre Struktur stabiler zu machen.Daher ist das Verständnis der Verformungsgesetze des Anlassprozesses und der Kältebehandlung an Werkstücken während der Alterung von großer Bedeutung für die Verbesserung der Wärmebehandlungsqualität solcher Werkstücke.Durch die Kältebehandlung wird Restaustenit in Martensit umgewandelt, was zu einer Volumenausdehnung führt;Das Anlassen und Altern bei niedrigen Temperaturen fördert einerseits die Ausfällung von ∈-Karbiden und die Zersetzung von Martensit, was zu einer Volumenschrumpfung führt, und verursacht andererseits eine gewisse Spannungsrelaxation, was zu einer Formverzerrung des Werkstücks führt.Die chemische Zusammensetzung des Stahls, die Anlasstemperatur und die Alterungstemperatur sind die Hauptfaktoren, die die Arbeitsverformung während des Alterungsprozesses beeinflussen.

Verformung aufgekohlter Werkstücke – Aufgekohlte Werkstücke bestehen normalerweise aus kohlenstoffarmem Stahl und legiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, mit einer ursprünglichen Struktur aus Ferrit und einer kleinen Menge Perlit.Entsprechend den Betriebsanforderungen des Werkstücks muss das Werkstück nach der Aufkohlung direkt abgeschreckt, langsam abgekühlt, wiedererwärmt, abgeschreckt oder erneut abgeschreckt werden.Das aufgekohlte Werkstück erfährt während der langsamen Abkühlungs- und Aufkohlungsabschreckprozesse nach der Aufkohlung aufgrund der Auswirkungen struktureller und thermischer Spannungen eine Verformung.Die Größe und das Verformungsmuster der Verformung hängen von Faktoren wie der chemischen Zusammensetzung des aufgekohlten Stahls, der Tiefe der aufgekohlten Schicht, der geometrischen Form und Größe des Werkstücks sowie den Parametern des Wärmebehandlungsprozesses nach der Aufkohlung und Aufkohlung ab.

Werkstücke können anhand ihrer relativen Abmessungen Länge, Breite, Höhe (Dicke) in schlanke Teile, flache Teile und kubische Teile unterteilt werden.Die Länge eines schlanken Stücks ist viel größer als seine Querschnittsgröße, die Länge und Breite eines flachen Stücks sind viel größer als seine Höhe (Dicke) und die Abmessungen in den drei Richtungen eines Würfels unterscheiden sich nicht wesentlich.Die maximale innere Spannung während der Wärmebehandlung wird im Allgemeinen in Richtung der maximalen Größe erzeugt.Wenn diese Richtung als dominante Spannungsrichtung bezeichnet wird, weisen Werkstücke aus kohlenstoffarmem Stahl und legiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen eine Schrumpfverformung entlang der dominanten Spannungsrichtung auf, wenn sich im Kern nach Aufkohlung und langsamer Abkühlung oder Luft Ferrit und Perlit bilden Abkühlen, mit einer Schrumpfverformungsrate von etwa 0,08–0,14 %.Mit zunehmendem Gehalt an Legierungselementen im Stahl und abnehmender Querschnittsgröße des Werkstücks nimmt auch die Verformungsgeschwindigkeit ab und es kommt sogar zu Quellverformungen.

Schlanke Stäbe mit erheblichen Unterschieden in der Querschnittsdicke und asymmetrischen Formen neigen nach der Aufkohlung und Luftkühlung zu Biegeverformungen.Die Richtung der Biegeverformung hängt vom Material ab.Der dünne Abschnitt von Werkstücken aus kohlenstoffarmem Stahl, die mit schneller Abkühlung aufgekohlt werden, ist häufig auf einer Seite konkav.Bei aufgekohlten Werkstücken aus kohlenstoffarmem legiertem Stahl mit höheren Legierungselementen wie 12CrN3A und 18CrMnTi ist die Dünnschnittseite mit schneller Abkühlung jedoch oft konvex.

Nach dem Aufkohlen bei Temperaturen von 920–940 °C erhöht sich der Massenanteil von Kohlenstoff in der aufgekohlten Schicht von Werkstücken aus kohlenstoffarmem Stahl und kohlenstoffarmem legiertem Stahl auf 0,6–1,0 %.Der kohlenstoffreiche Austenit in der aufgekohlten Schicht muss während der Luftkühlung oder langsamen Abkühlung unter Ar1 (ca. 600 °C) unterkühlt werden, bevor er beginnt, sich in Perlit umzuwandeln.Der kohlenstoffarme Austenit im Zentrum beginnt bei etwa 900 °C Ferrit auszuscheiden, und der verbleibende Austenit unterliegt unterhalb der Ar1-Temperatur einer eutektoiden Zersetzung und Umwandlung in Perlit.Von der Unterkühlung der Aufkohlungstemperatur auf die Ar1-Temperatur erfuhr die aufgekohlte Schicht der eutektoiden Komponente keine Phasenumwandlung, während der Austenit mit hohem Kohlenstoffgehalt nur mit der Temperaturabnahme eine thermische Schrumpfung erfuhr.Gleichzeitig dehnte sich der kohlenstoffarme Austenit im Zentrum aufgrund der Erhöhung des Volumenverhältnisses der Ferritausscheidung aus, was zu einer Druckspannung im Zentrum und einer Zugspannung in der aufgekohlten Schicht führte.Aufgrund von Herzereignissen γ->α Während der Transformation verringert der Effekt der Phasenwechselspannung seine Streckgrenze, was zu einer Druckverformung im Zentrum führt.Legierter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt weist unter den gleichen Bedingungen eine höhere Festigkeit und eine geringere plastische Druckverformung in der Mitte auf.

Wenn aufgekohlte Werkstücke mit asymmetrischen Formen luftgekühlt werden, ist die Schrumpfung der Austenitlinienlänge auf der Seite mit schneller Abkühlung größer als auf der Seite mit langsamer Abkühlung, was zu Biegespannungen führt.Wenn die Biegespannung größer ist als die Streckgrenze auf der Seite mit langsamer Abkühlung, biegt sich das Werkstück zur Seite mit schneller Abkühlung.Bei kohlenstoffarmem legiertem Stahl mit hohem Gehalt an Legierungselementen hat die Oberflächenschicht nach der Aufkohlung die Zusammensetzung von kohlenstoffreichem legiertem Stahl.Bei der Luftkühlung durchläuft die schnell abkühlende Seite eine Phasenumwandlung und bildet eine neue Phase mit höherer Härte und größerem spezifischen Strukturvolumen.Andererseits weist die durch die Abkühlung langsam entstehende neue Phase eine geringere Härte auf, was zu einer entgegengesetzten Biegeverformung führt.

Mit der gleichen Methode kann das Abschreckverformungsgesetz aufgekohlter Werkstücke analysiert werden.Die Abschrecktemperatur aufgekohlter Teile beträgt normalerweise 800–820 °C.Während des Abschreckens erfährt der Austenit mit hohem Kohlenstoffgehalt in der aufgekohlten Schicht eine erhebliche thermische Schrumpfung, wenn er von der Aufkohlungstemperatur auf den Temperaturbereich des Ms-Punkts abgekühlt wird.Gleichzeitig wandelt sich der kohlenstoffarme Austenit im Zentrum in Ferrit und Perlit, kohlenstoffarmen Bainit oder kohlenstoffarmen Martensit um.Unabhängig von der Art des Gewebes, in das es sich umwandelt, erfährt das Herz aufgrund einer Zunahme des gewebespezifischen Volumens eine Volumenausdehnung, was zu einer erheblichen inneren Spannung in der karburierten Schicht und im Herzen führt.Im Allgemeinen kommt es bei fehlender Abschreckung aufgrund der geringen Streckgrenze der Ferrit- und Perlit-Phasenübergangsprodukte im Kern zu einer Schrumpfungsverformung in Richtung der vorherrschenden Spannung unter der thermischen Schrumpfungs-Druckspannung der aufgekohlten Schicht.Wenn die Phasenumwandlungsprodukte im Kern eine Kombination aus hochfestem Bainit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Martensit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind, erfährt der Austenit mit hohem Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche unter der Wirkung der Kernausdehnungsspannung eine plastische Verformung, was zu einer vorherrschenden Spannungsrichtung und -ausdehnung führt.

Mit der Erhöhung des Kohlenstoffgehalts und des Gehalts an Legierungselementen in aufgekohltem Stahl erhöht sich die Kernhärte der aufgekohlten Teile nach dem Abschrecken und die Tendenz zur dominanten Spannungsrichtungsausdehnung nimmt zu.Wenn die Härte des Kerns 28–32 HRC beträgt, ist die Abschreckverformung des aufgekohlten Werkstücks sehr gering.Mit zunehmender Herzhärte nimmt die Neigung zu Schwellungen und Verformungen zu.Es ist offensichtlich, dass Faktoren wie die Verbesserung der Härtbarkeit aufgekohlter Teile, die zu einer Erhöhung der Härte in der Mitte aufgekohlter Teile führen, die Tendenz aufgekohlter Teile zum Quellen entlang der vorherrschenden Spannungsrichtung erhöhen.

Durch die Verformung nitrierter Werkstücke – Nitrieren – kann die Oberflächenhärte und Ermüdungsbeständigkeit von Werkstücken wirksam verbessert und in gewissem Maße auch deren Korrosionsbeständigkeit verbessert werden.Die Nitriertemperatur ist relativ niedrig und liegt bei etwa 510–560 °C.Während des Nitrierprozesses von Stahlwerkstoffen erfährt das Grundmetall keine Phasenumwandlung, sodass die Verformung des nitrierten Werkstücks relativ gering ist.Nitrieren ist im Allgemeinen der letzte Prozess der Wärmebehandlung.Nach dem Nitrieren werden neben hochpräzisen Werkstücken in der Regel keine weiteren mechanischen Bearbeitungen durchgeführt.Daher wird Nitrieren häufig zur Behandlung von Präzisionsteilen eingesetzt, die eine hohe Härte und geringe Verformung erfordern.Allerdings erfährt das nitrierte Werkstück immer noch eine Verformung.Durch das Eindringen von Stickstoffatomen erhöht sich das spezifische Volumen der Nitrierschicht.Daher ist die häufigste Verformung des nitrierten Werkstücks die Ausdehnung der Werkstückoberfläche.Die Ausdehnung der oberflächennitrierten Schicht wird durch die Mitte behindert, und die Oberfläche ist einer Druckspannung ausgesetzt, während die Mitte einer Zugspannung ausgesetzt ist.Die Größe der inneren Spannung wird durch Faktoren wie die Querschnittsgröße des Teils, die Streckgrenze des nitrierten Stahls, die Stickstoffkonzentration und die Tiefe der nitrierten Schicht beeinflusst.Wenn die Querschnittsgröße des Werkstücks klein ist, die Querschnittsform asymmetrisch ist und die Ofentemperatur und die Nitrierung ungleichmäßig sind, führt das nitrierte Werkstück auch zu Dimensionsänderungen oder Formverzerrungen wie Biege- und Verzugsverformungen.

Das Verformungsmuster von Wellenteilen nach dem Nitrieren besteht darin, dass sich der Außendurchmesser ausdehnt und die Länge verlängert.Die radiale Ausdehnung nimmt normalerweise mit zunehmendem Werkstückdurchmesser zu, die maximale Ausdehnung überschreitet jedoch 0,055 mm nicht.Die Längendehnung ist im Allgemeinen größer als die radiale Ausdehnung und ihr absoluter Wert nimmt mit der Länge des Schafts zu, ändert sich jedoch nicht proportional mit der Länge des Schafts.Die Verformung nitrierter Hülsenwerkstücke hängt von der Wandstärke ab.Wenn die Wandstärke dünn ist, neigen sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser dazu, sich auszudehnen.Mit zunehmender Wandstärke nimmt die Ausdehnung deutlich ab.Wenn die Wandstärke groß genug ist, neigt der Innendurchmesser dazu, zu schrumpfen.

Wenn die effektive Querschnittsgröße des Werkstücks größer als 50 mm ist, ist im Allgemeinen die Oberflächenausdehnung der Hauptverformungsmodus der Nitrierbehandlung.Wenn jedoch die Querschnittsfläche des Werkstücks abnimmt und das Verhältnis der Querschnittsfläche der nitrierten Schicht zur zentralen Querschnittsfläche größer als 0,05, aber kleiner als 0,7 ist, kommt es zusätzlich zur Oberflächenausdehnung zu einer Verformung Auch innerer Stress muss berücksichtigt werden.Das Ausmaß der Verformung entlang der vorherrschenden Spannungsrichtung des Werkstücks kann mithilfe empirischer Formeln näherungsweise geschätzt werden: Δ L= η (Ν/Κ)％

Δ L – Die Längenzunahme der dominanten Spannungsrichtung.

η---- Der Koeffizient hängt vom Material und der Querschnittsform des nitrierten Werkstücks ab.

Ν------ Die Querschnittsfläche der nitrierten Schicht.

Κ---- Die Querschnittsfläche des Herzens.

Häufig verwendeter η-Wert für nitrierten Stahl: