ZTU-Schaubild

Heat Treatment
(Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubild).

Graphische Darstellung der Umwandlungsvorgänge im Gefüge einer Legierung in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit. ZTU-Schaubilder gibt es für isotherme Behandlung und kontinuierliche Abkühlung.

Bild 1 zeigt ein Diagramm für isotherme Behandlung eines unlegierten Stahls. Zur Aufstellung solcher Schaubilder werden Werkstoffproben auf bestimmte Temperaturen abgeschreckt und bei diesen Temperaturen so lange isotherm gehalten, bis die betreffende Umwandlung abgelaufen ist.

Beginn, Verlauf und Ende der Umwandlung werden meist dilatometrisch oder metallographisch bestimmt. Aus derartigen Schaubildern können für eine jeweils gewählte konstante Temperatur die Art sowie der Zeitpunkt und die Zeitdauer der betreffenden Umwandlungen ermittelt werden. Am Beispiel in Bild 1 ist der Beginn der Ferritausscheidung sowie der Perlit-, Zwischenstufen- und Martensitbildung zu erkennen. Um vollständig martenistisches Gefüge im Sinne einer Härtung zu erreichen, muss sehr rasch abgeschreckt werden. Der Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit lässt sich jedoch in ZTU-Diagrammen, die für isotherme Abkühlung aufgestellt wurden, nur schwer abschätzen.

Zur Aufstellung des isothermen ZTU-Schaubildes bestimmt man die Menge der betreffenden Gefügebestandteile bei konstanter Temperatur in Abhängigkeit von der Haltezeit. Aus den für verschiedene konstante Temperaturen erhaltenen Messwerten kann man Kurven für jeweils gleiche Gefügeanteile zeichnen; diese Darstellungsweise wird auch als isothermes ZTU-Schaubild bezeichnet. Ein Beispiel zeigt Bild 2. Hier handelt es sich um die Umwandlung des Austenits in Bainit eines Gusseisens mit Kugelgraphit. Die Kurven für die verschiedenen Bainitanteile veranschaulichen den Verlauf der Bainitbildung während des Umwandlungsprozesses. Die Ausbuchtung der Kurven im Bereich zwischen 350°C und 400 °C stellt eine Teilung in zwei C-förmige Einzelkurven dar, von denen die eine der oberen und die andere der unteren Bainitbildung entspricht. Die Kurvendaten, wie sie aus Bild 2 erhalten werden, lassen sich dann in die Darstellungsweise von Bild 1 übertragen. Es bedeuten: 1 % Anteil = Umwandlungsbeginn; 99 % Anteil = Umwandlungsende. Diese Kurven lassen sich auch in ein isothermes ZTU-Schaubild umzeichnen, das den prozentualen Anteil des betreffenden Gefügebestandteils (hier des Bainits) für eine konstante Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit angibt (Bild 3a); die zugrunde liegenden Messwerte in Bild 3 b sind dieselben wie in Bild 2. 

Zahlreiche Wärmebehandlungen sind mit einer kontinuierlichen Abkühlung verbunden. Unter diesen Bedingungen können ebenfalls ZTU-Schaubilder aufgestellt werden. Sie entsprechen im Prinzip den isothermen Diagrammen nach Bild 1 müssen aber entlang den eingezeichneten Abkühlungslinien gelesen werden. Bild 4 zeigt ein derartiges Schaubild mit drei Abkühlungslinien für verschiedene Abkühlungsgeschwindigkeiten und Bild  5 ein weiteres Schaubild für ein niedriglegiertes Gusseisen mit neun Abkühlungslinien, an deren unteren Enden die bei Raumtemperatur erreichten Brinellhärtewerte angegeben sind.

Schaubilder für isotherme Behandlung lassen sich für solche Wärmebehandlungen verwenden, die bei konstanter Temperatur durchgeführt werden, während die Diagramme für kontinuierliche Abkühlung zur Beurteilung jener Wärmebehandlungen dienen, die mit einer stetigen Abkühlung, insbesondere Abschreckung, verbunden sind. In Bezug auf das Abschreckhärten gibt das ZTU-Schaubild nur einen approximativen Überblick und nicht ein direktes Maß der Härtbarkeit.

Bild 1: ZTU-Schaubild für isotherme Behandlung eines unlegierten Stahls mit 0,45 % C© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Isothermes ZTU-Schaubild für die Bainitbildung eines 2,3 % Si enthaltenden, bei 900 °C austenitisierten Gusseisens mit Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Isothermes ZTU-Schaubild für die Bainitbildung eines Gusseisens mit Kugelgraphit, dargestellt a) als prozentualer Bainitanteil bei verschiedenen Temperaturen, b) aufgebaut auf den Messdaten von Bild 2© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: ZTU-Schaubild für kontinuierliche Abkühlung© GIESSEREI LEXIKON
Bild 5: ZTU-Schaubild für kontinuierliche Abkühlung eines Gusseisens mit Lamellengraphit (3,2 % C, 2 % Si 0,75 % Mn, 0,3 % Mo und 0,6 % Cu)© GIESSEREI LEXIKON

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