«Anlassen» und «bake hardening»: Die positive Beeinflussung der Materialeigenschaften durch die Zinkthermodiffusion - Post Image

Gepostet von Frank Schlipf | 9 OKT, 2018

«Anlassen» und «bake hardening»: Die positive Beeinflussung der Materialeigenschaften durch die Zinkthermodiffusion

Viele Stähle erfordern Wärmebehandlungen in Form von Anlassen, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen. Diese Verfahren arbeiten oft in einem ähnlichen Temperaturbereich wie die Zinkthermodiffusion. Wieso also nicht gleich den hervorragenden Korrosionsschutz mit der benötigten Wärmebehandlung kombinieren? Wir bei Thermission nennen dies TwoInOne-Effekt. In diesem Blog werden die metallurgischen Effekte des Anlassens durch den Metallurgen Dr. Vinzenz Bissig erklärt.

Die typischen Temperaturen der Thermodiffusion liegen zwischen 320°C und 390°C. In diesem Temperaturbereich sind keine massiven Gefügeänderungen (z.B. Kornwachstum) zu erwarten. Dennoch ist die Temperatur hoch genug, um im Metallgitter eingelagerte Kohlenstoff- und Stickstoffatome über kurze Distanzen zu bewegen respektive diffundieren zu lassen und dadurch Kristallgitterdefekte teilweise auszuheilen. Die Beeinflussung der Materialeigenschaften ist jedoch nur dann möglich, wenn noch kein Gleichgewichtszustand insbesondere der Zwischengitteratome vorliegt.

Der «bake hardening»-Effekt

Kohlenstoff- und Stickstoffatome lagern sich bevorzugt nahe von Versetzungen als Zwischengitteratome ins Metallgitter ein. Durch mechanische Umformung (z.B. Walzen) eines Werkstücks können sich Versetzungen bewegen oder sogar neue gebildet werden. Die Zwischengitteratome bleiben dabei jedoch an Ort und Stelle. Sobald das Werkstück nun erhitzt wird, mobilisiert sich der Kohlen- und Stickstoff und bewegt sich wieder zu den Versetzungen hin. Zwischengitteratome nahe von Versetzungen haben zur Folge, dass zum Losreissen der Versetzung mehr Kraft sprich eine höhere Last benötigt wird. Das Resultat des «bake hardening» ist deshalb eine erhöhte und ausgeprägte Streckgrenze. Die Streckgrenze bezeichnet die maximale Verformung, welche ein Werkstoff erfahren kann, ohne sich dadurch dauerhaft zu verformen. Für das «bake hardening» reicht eine halbe Stunde bei ca. 200°C aus. Damit ist es zum Beispiel oftmals auch ein erwünschter Nebeneffekt beim Einbrennen von Lacken.

Anlassen als Teilprozess der Vergütung

Beim Vergüten wird der Werkstoff zuerst gehärtet und anschliessend angelassen. Dazu wird das Werkstück nach dem Härten ein- oder mehrmalig kurzfristig erhitzt, um die mechanischen Eigenschaften einzustellen. Vereinfacht gesagt werden beim Anlassen einige Fehler im Metallgitter eliminiert. Zwangsgelöster Kohlenstoff bewegt sich dabei im Metallgitter zu energetisch besseren Plätzen. Dies ist vor allem in der Nähe von Versetzungen der Fall. Somit bewirkt das Anlassen bei tieferen Temperaturen unter 400°C auch immer ein gleichzeitiges «bake hardening», welches sich positiv auf die Eigenschaften des Werkstoffes auswirkt. Anlassen bei höheren Temperaturen führt zu einer Zunahme der Zähigkeit des Grundmaterials. Da bei der Zinkthermodiffusion solche Temperaturen aber nicht erreicht werden, ist keine Zunahme der Zähigkeit zu erwarten.

Der TwoInOne-Effekt

Die längere Durchlaufzeit bei der Zinkthermodiffusion im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren steht damit in Relation zu einem potenziell eingesparten Prozessschritt bei der Metallverarbeitung. Da das Grundmaterial während des Thermodiffusionsprozesses vollständig und gleichmässig erhitzt wird, profitiert ein zinkthermodiffundiertes Werkstück von einer Ausheilung der Fehler im Metallgitter wie oben erklärt.

Möchten Sie mehr über den Prozess der Zinkthermodiffusion erfahren? Dann laden Sie hier den Prozessbeschrieb herunter.

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Frank Schlipf

Geschrieben von Frank Schlipf

Chief Development Officer

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