Eine wesentliche Phase der thermischen Behandlung von Metallen ist das Abschrecken, d. h. die schnelle Abkühlung eines Metallgegenstands, um Eigenschaften wie Härte, Festigkeit oder Zähigkeit zu erhalten oder zu verändern.

Die schnelle Abkühlung verkürzt die Zeit, in der das Metall hohen Temperaturen ausgesetzt ist, und schützt es vor Fehlern. Außerdem kann das Metall je nach Anwendungsmethode und Medium Veränderungen erfahren.

Luft, Öl, Wasser und Salzlösung sind einige typische Abschreckmittel.

Öl wird häufig zum Abschrecken verwendet, da es die Wärme schnell überträgt, ohne das Metall nennenswert zu verformen. Abschreckmittel auf Wasserbasis sind zwar schneller, aber die Kraft, mit der sie wirken, kann dazu führen, dass einige Materialien zerbrechen oder sich verformen.

Der Unterschied zwischen Öl und Wasser ist der wichtigste Punkt, der in diesem Artikel behandelt wird.

Was ist der Abschreckungsprozess?

Abschrecken ist ein schneller Abkühlungsprozess, der zur Verfestigung von Werkstoffen führt. Die Abschreckgeschwindigkeit hängt von der jeweiligen Werkstoffsorte, der Anwendung und der Zusammensetzung der Legierungsbestandteile ab. Darüber hinaus wird sie durch verschiedene Eigenschaften des Abschreckmediums beeinflusst.

Theoretisch wird ein Metall- oder Glasmaterial vor dem Abschrecken über seine Standardtemperatur hinaus erhitzt. Danach wird es schnell abgekühlt, um die Wärme sofort zu entfernen. Dies trägt dazu bei, die Eigenschaften in der kristallinen Struktur eines Materials zu verändern, die beim Erhitzen verloren gehen.

Um Metall oder Glas als Gegenstand härter und steifer zu machen, werden sie oft abgeschreckt. Die Abschreckungstemperatur eines Gegenstands sollte immer über seiner Rekristallisationstemperatur, aber unter seiner Schmelztemperatur liegen.

Stadien des Abschreckprozesses

Zwei Personen arbeiten rund um das Stahlschmelzbecken

Wenn sich ein heißes Werkstück dem flüssigen Abschreckmittel nähert, werden in der Regel drei Phasen des Abschreckens unterschieden. Diese Phasen bestimmen die Veränderung der Eigenschaften des Abschreckmittels und des Werkstoffs. Die drei Stufen sind:

• Dampfphase
• Nukleat-Siedestufe
• Konvektionsstufe

Lassen Sie uns diese nun eingehend prüfen.

Dampfphase

Die Verdampfungsphase setzt ein, wenn die heiße Oberfläche des Bauteils erstmals mit dem flüssigen Abschreckmittel in Berührung kommt. Dabei bildet sich ein Dampfschild um das Element herum. Während der Dampfphase findet in gewissem Umfang eine Konduktion statt.

Die wichtigste Methode des Wärmetransports in diesem Stadium ist jedoch die Strahlung durch die Dampfdecke, die relativ stabil ist.

Die einzige Möglichkeit, seine Entfernung zu beschleunigen, ist das Rühren oder die Zugabe verschiedener Zusatzstoffe. Außerdem sollte diese Phase so kurz wie möglich gehalten werden.

Der Grund dafür ist, dass er wesentlich zu den weichen Bereichen beiträgt, die sich während des Abschreckens bilden, so dass sich unerwünschte Mikrobestandteile entwickeln können, wenn man sie weiterlaufen lässt.

Nukleat-Siedestufe

Sie ist die zweite Phase nach der Dampfphase. Sie beginnt, wenn die Flüssigkeit in der Nähe der Materialoberfläche zu sieden beginnt und die Dampfphase zusammenbricht. Sie ist die schnellste Phase der Abkühlung des betreffenden Bauteils.

Durch die Wärmeübertragung von der erhitzten Oberfläche und die anschließende Absorption in das flüssige Abschreckmittel ist ein erheblicher Wärmeentzug möglich, so dass die abgekühlte Flüssigkeit ihren Platz an der Oberfläche einnehmen kann.

Einige Abschreckmittel enthalten Zusätze, die die maximale Abkühlgeschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöhen. Das Sieden endet, sobald die Oberflächentemperatur des Bauteils unter den Siedepunkt der Flüssigkeit fällt.

Bei verzugsanfälligen Bauteilen liefern Medien wie Hochtemperaturöle und -salze gute Ergebnisse, da die Materialien sonst spröde werden und bei den gewünschten Anwendungen schnell Schaden nehmen können.

Konvektive Phase

Die Konvektion ist die letzte Phase des Prozesses, die eintritt, wenn das Material eine Temperatur erreicht, die unter dem Siedepunkt des Abschreckmittels liegt. Die Konvektionsphase beinhaltet die Wärmeübertragung durch die Schüttung, und ihr Ausgangspunkt ist die Konduktion.

Dies ist die langsamste Phase, da die Wärmeübertragung lange braucht, um alle Moleküle in der Masse zu erreichen. Die Steuerung der Wärmeabfuhr durch Konvektion umfasst viele Variablen, darunter die spezifische Wärme des Abschreckmittels und seine Wärmeleitfähigkeit.

Der Temperaturunterschied zwischen dem Abschreckmittel und dem Material kann sich auf den Konvektionsprozess auswirken. Normalerweise tritt der meiste Verzug an diesem Punkt auf.

Die drei oben genannten Abschreckungsschritte finden nacheinander an einem bestimmten Ort statt, doch je nach Geometrie des Teils und der Bewegung beginnen die verschiedenen Phasen in unterschiedlichen Bereichen zu unterschiedlichen Zeiten.

Die drei Phasen des Abschreckungsprozesses

Abschreckende Medien

Die Abschreckung erfolgt durch ein beliebiges Medium, und im Folgenden werden 4 verschiedene Medien aufgelistet. Jedes hat Vor- und Nachteile, abhängig von seinen Eigenschaften, den kontaktierenden Elementen, der Zeit, den Wärmeübertragungsgesetzen und den Verhältnissen.

1. Luft: Nutzung einer normalen Umgebungstemperatur zur Kühlung des erhitzten Materials
2. Salzlake: Eine Lösung aus Salz und Wasser ist das schnellste Kühlmittel beim Abschrecken.
3. Öl: Eine zuverlässige und schnellere Abschreckungsalternative zu Luft.
4. Wasser: Schnellere Abschreckung von Flüssigkeiten als Luft oder Öl.

Auch wenn die Literatur eine Fülle von Informationen über die oben genannten Medien enthält, wollen wir uns mit den beiden wichtigsten, Öl und Wasser, befassen.

Wasserabschreckung

Wasser hat die Eigenschaft, das Material schneller abzukühlen als Öl und Luft, so dass das Abschrecken durch Wasser ein schnelles Verfahren ist.

• Das Abschrecken mit Salzsole reagiert beim Abkühlen wesentlich härter als alle anderen Verfahren, das Einweichen von Wasser ist die effektivste Methode.
• Vor diesem Prozess muss das Wasser Raumtemperatur oder die gewünschte Temperatur haben. Wenn das erhitzte Material dann in das kühlende Wasser gegeben wird, ändert es seine Phasen entsprechend den Stufen.
• Bei der Wasserabschreckung werden die Ergebnisse schneller erzielt. Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich um eine schnelle Abkühlungsmethode handelt. Daher ist sie sowohl finanziell als auch zeitlich am günstigsten. Allerdings hat das schnelle Ergebnis natürlich auch erhebliche Nachteile zur Folge.
• Der Nachteil dieser schnellen oder sofortigen Geschwindigkeit ist, dass die Endprodukte steif, spröde und leicht zerbrechlich sind. Das abgeschreckte Material kann entweder als gute oder schlechte Qualität bezeichnet werden.
• Die Wasserabschreckung ist bei der Stahlhärtung eine praktikable Option, da der Stahl eine einzigartige Art der Abkühlung hat, die durch Wasser erreicht werden kann. Der verkohlte Stahl erwärmt sich über seine Rekristallisationstemperatur.
• Durch die sofortige Abkühlung des Stahls verhindert die Wasserabschreckung das Schmelzen des Stahls in diesem Stadium, in dem er sonst schmelzen würde, wenn er nicht gestoppt wird. Daher ist die Wasserabschreckung für Stahl besser geeignet als die anderen Medien.

Ölabschreckung

Eine der beliebtesten Abschrecktechniken im Bereich der Metallabschreckung ist die Ölabschreckung. Die optimale Methode zum Härten von Metalllegierungen verleiht ihnen die notwendige Härte und Kraft, ohne dass sie dabei steif und spröde werden.

Die Ölabschreckung hat mehrere Vorteile, aber der wichtigste ist, dass sie sich langsamer erwärmt als andere Abschreckmedien und länger abkühlt, was dem erhitzten Material eine größere Stabilität und Aushärtungszeit verleiht.

Außerdem wird dadurch gewährleistet, dass das abgeschreckte Material nicht übermäßig spröde wird und perfekt hält. Daher ist es den Methoden mit Wasser, Luft oder Salzlake vorzuziehen, da es die Möglichkeit verringert, dass sich der Körper des abgeschreckten Metalls verformt oder Risse bekommt.

Abschrecken ist ein schneller Abkühlungsprozess

Unterschied zwischen Wasser- und Ölabschreckung

Wasser und Öl sind zwei verschiedene Medien, die sich in einigen Aspekten unterscheiden und sich beim Abschrecken unterschiedlich verhalten. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Unterschiede zwischen den beiden Medien.

Wasserabschreckung vs. Ölabschreckung

Schlussfolgerung

• Ein schnelles Abkühlverfahren, das Abschrecken genannt wird, führt zur Härtung der Werkstoffe. Die Güte, die Anwendung und die Zusammensetzung der Legierungsbestandteile des Stahls beeinflussen die Abschreckgeschwindigkeit.
• Die Geschwindigkeit, mit der eine Substanz abkühlt, hängt auch von den Eigenschaften des Abschreckmittels ab. In diesem Artikel wurden die Medien Öl und Wasser hervorgehoben. Beide sind je nach Anwendung einzigartig.
• Öl eignet sich gut zum Abschrecken, weil es die Wärme schnell überträgt, ohne das Metall zu verändern. Abschreckmittel auf Wasserbasis sind zwar schneller, aber die Kraft, mit der sie arbeiten, kann einige Materialien zerbrechen oder verformen.