DE10030433A1 - Verfahren zur Erzeugung verschleißbeständiger Randschichten an ausscheidungshärtbaren Werkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung verschleißbeständiger Randschichten an ausscheidungshärtbaren Werkstoffen insbesondere ausscheidungshärtbaren oder martensitaushärtenden Stählen. DOLLAR A Das Verfahren geht davon aus, dass das vor Verschleiß oder Ermüdung zu schützende Bauteil dadurch funktionsoptimiert wird, dass das Gefüge und die Härte für das Bauteilinnere und die Bauteilrandschicht getrennt eingestellt werden. Erfindungsgemäß wird, nachdem das Gefüge des gesamten Bauteils lösungsgeglüht und in einem höheren Temperaturbereich ausgehärtet wurde, die Randschicht durch Einwirkung eines kurzzeitigen Energieeintrages lösungsgeglüht und anschließend das gesamte Bauteil bei einer niedrigeren Temperatur als der vorausgegangenen Auslagerung geglüht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Randschichthärtung von Maschinenbauteilen. Objekte, bei denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind stark verschleiß- oder ermüdungs­ beanspruchte Bauteile, die wegen hoher Anforderungen an die Werkstofffestigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit aus ausscheidungshärtbaren Werkstoffen gefertigt sind. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für die Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Bauteilen aus nichtrostenden, ausscheidungshärtbaren martensitischen Stählen, wie z. B. Turbinenschaufeln, Pumpenwellen, hochbelastete Bolzen aus der Luftfahrtindustrie, Teilen aus der Schiffbauindustrie oder speziellen Werkzeugen nutzbar. Ein weiteres Einsatzfeld sind verschleißbeanspruchte Bauteile aus hochfesten, martensitaushärtenden (Maraging-) Stählen, die beim Vorliegen hoher Zähigkeitsanforderungen nicht im vollausgehärteten Zustand eingesetzt werden können.

Randzonen von verschleiß- aber auch ermüdungsbeanspruchten Bauteilen unterliegen während ihres Einsatzes deutlich anderen Belastungen als der Bauteilkern. Dieser Tatsache wird bekannter­ maßen dadurch Rechnung getragen, dass in der Randzone durch thermische, physikalische, chemische, mechanische, thermochemische oder thermomechanische Verfahren ein härteres, verschleiß- oder ermüdungsbeständigeres Gefüge erzeugt wird als im Kern, dessen Gefüge so eingestellt wird, dass es vorrangig den vorliegenden Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen genügt.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit soll dieser Hintergrund der Erfindung an einem prototypisch herausgegriffenen, charakteristischen Bauteil näher erläutert werden.

Laufschaufeln von Niederdruck-Stufen in Dampfturbinen unterliegen während ihres Einsatzes extrem hohen quasistatischen (Fliehkraft, Schaufelverwindung), zyklischen (periodische Dampfdruckbeaufschlagung, Schaufelschwingungen) und tribologischen (Tropfenschlag) Beanspruchungen. Insbesondere führt der ständige Aufprall von auskondensierten Wassertröpf­ chen zu einem erosiven Verschleiß in der Umgebung der Schaufeleintrittskante. Martensithärtende 13%-Chromstähle sind in der Lage, diesen komplexen Beanspruchungen zu genügen. Dazu wird der Schaufelwerkstoff im vergüteten, hochangelassenen Zustand (Erfüllung der Anforderungen an Zähigkeit, Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit, Schwingungsrisskorrosionsbeständigkeit, ausreichende statische und zyklische Belastbarkeit; Härte etwa 250-350 HV) eingesetzt und die Umgebung der Eintrittskante z. B. mittels einer Flammen-, Induktions- oder Laserstrahlhärtung kurzzeitgehärtet (sehr hohe Tropfenschlagverschleißbeständigkeit, Härte etwa 390-680 HV). Zunehmende Anforderungen an die statische und zyklische Belastbarkeit sowie die Beständigkeiten gegenüber Spannungs- bzw. Schwingungsrisskorrosion führen neuerdings zum Einsatz von nichtrostenden, ausscheidungshärtbaren martensitischen Stählen. Im Gegensatz zu den Vergütungsstählen kommt bei diesen der größte Anteil des Festigkeits- und Zähigkeitszuwachses nicht durch die Martensitbildung sondern durch eine gezielte Ausscheidungswärmebehandlung zustande.

Dazu enthalten diese Stähle neben 10 bis 20 Gew.-% Chrom und 2-11 Gew.-% Nickel normalerweise Kupfer (1-5 Gew.-%) und Aluminium, Titan oder Niob als Ausscheidungsbildner. Ein typischer Vertreter dieser Stahlklasse im Turbinenbau ist der Stahl X5CrNiCuNb16-4. Die Wärmebehandlung umfasst üblicherweise mindestens eine Lösungsglühung bei 1030-1080°C (Glühzeit ca. 1 h) und die eigentliche Auslagerungsbehandlung im Temperaturbereich zwischen 480°C und 620°C (Zeit 1-4 h). Die erreichbaren mechanischen Kennwerte Härte, Fließgrenze R_p0,2 und Zugfestigkeit R_m erreichen dabei an der Untergrenze der konventionell möglichen Anlass­ temperatur von 480°C ihr Maximum und nehmen mit zunehmender Auslagerungstemperatur stark ab (siehe auch Zeichnung 1). So fällt z. B. im Temperaturbereich von 480 bis 620°C die Härte von 425 HV auf 285 HV, die Fließgrenze von 1170 auf 750 MPa und die Zugfestigkeit von 1310 auf 930 MPa. Wegen der erforderlichen Zähigkeitswerte, zyklischen Belastbarkeiten und insbesondere Spannung- und Schwingungsrisskorrosionsbeständigkeiten muss die Auslagerungs­ temperatur jedoch so hoch gewählt werden, dass die 0,2%-Fließgrenze und die Zugfestigkeit Werte von etwa 1040 bzw. 1000 MPa unterschreiten. Das heißt, dass der hohe Härten liefernde untere Bereich der möglichen Anlasstemperaturen nicht genutzt werden kann (siehe Zeichnung 1).

Der Mangel dieses konventionellen Wärmebehandlungsverfahrens besteht dem zufolge darin, dass die Beständigkeit gegenüber dem Tropfenschlagverschleiß zu gering ist. Die Ursache dafür liegt darin, dass die Härte mit 340-370 HV in Oberflächennähe zu klein ist.

Es ist bekannt, dass die Oberflächenhärte von ausscheidungshärtbaren Stählen durch ein Plasma­ nitrieren bis auf etwa 1000 HV gesteigert werden kann [z. B. Prospektblatt der Firma Böhler Edelstahl GmbH (Kapfenberg/Österreich) zum Stahl N700]. Der Mangel dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass auch damit keine verbesserte Tropfenschlagbeständigkeit erreicht wird. Die Ursache des Mangels resultiert u. a. daraus, dass die erreichbare Nitriertiefe mit etwa 0,15 mm viel zu gering ist.

Auch andere Randschichtveredlungsverfahren sind nicht geeignet, da sie unzulässig stark in die notwendige Auslagerungsbehandlung eingreifen oder der erreichbare Härtezuwachs bzw. die Härtetiefe zu gering sind.

Zur Verbesserung des Werkstoffzustandes selbst ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem durch die Kopplung einer Kurzzeitlösungsglühung mit einer konventionellen Auslagerungsbe­ handlung ein Gefüge mit höherer 0,2%-Fließspannung und Zugfestigkeit erreicht wird [siehe E. E. Denhard, Jr.: "Precipitation-hardenable stainless steel method and product", US-PS 3,660,176]. Dazu wird das gesamte Halbzeug innerhalb einer Zeit von 1 bis 15 s durch direkten Stromdurchgang einer durchgreifenden Kurzzeiterwärmung in einem Temperaturbereich zwischen 816°C und 1149°C der Lösungsglühbehandlung unterworfen und abgeschreckt. Anschließend erfolgt eine konventionelle Auslagerungsbehandlung im konventionell üblichen Temperaturbereich. Damit gelingt es, bei einer Lösungsglühtemperatur von 1149°C, einer Lösungsglühzeit von 2 s, einer Auslagerungstemperatur von 482°C und einer Auslagerungszeit von 1 h, die 0,2%-Fließgrenze von 1328 MPa auf 1695 MPa und die Zugfestigkeit von 1378 MPa auf 1700 MPa zu steigern. Die erreichbare Härte wird nicht angegeben.

Der Mangel dieses Verfahrens liegt darin, dass es nicht geeignet ist, an formkomplizierten Bauteilen wie Turbinenschaufeln eingesetzt zu werden. Die Ursache dieses Mangels resultiert in der Geometriegebundenheit der verwendeten Erwärmungsverfahren wie konduktive oder induktive Erwärmung.

Ein weiterer wesentlicher Mangel besteht in der Tatsache, dass die Zähigkeit und Dauerschwing­ festigkeit und insbesondere die Spannungsriss- und Schwingungsrisskorrosionsbeständigkeit einer solcher Art behandelten Turbinenschaufel zu gering wären. Die Ursache dafür liegt in der viel zu großen Härte im Schaufelblatt. Wenn die Turbinenschaufel dagegen bei höheren Temperaturen angelassen würde, wäre die Härte im Bereich der Schaufeleintrittskante zu gering. Das heißt, dass es mit diesem Verfahren zur Verbesserung des Werkstoffzustandes selbst nicht möglich ist, den unterschiedlichen Anforderungen, die an die Randschicht und das Bauteilinnere gestellt werden, gleichzeitig gerecht zu werden.

Ein weiterer Mangel ist durch den Sachverhalt gegeben, dass eine konventionelle Durchführung der Ausscheidungshärtung das Aufhärtungsvermögen des kurzzeitlösungsgeglühten Zustandes nicht vollständig nutzen kann. Die Ursache dafür liegt in zwei Tatsachen begründet: Zum Einen darin, dass höher aufhärtende, den ganzen Bauteilquerschnitt erfassende Gefügezustände wegen zu geringer Zähigkeiten nicht genutzt werden können und zum Anderen darin, dass die neuen metallphysikalischen Freiräume, die eine Kurzzeitlösungsglühung für die nachfolgende Ausscheidungshärtung bietet, bisher nicht bekannt waren.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine neues und effektives Wärmebehandlungsverfahren anzugeben, das es gestattet, Bauteile aus ausscheidungshärtbaren Werkstoffen mit deutlich verschleiß­ beständigeren Randschichten zu versehen ohne eine Verschlechterung der übrigen mechanischen Gebrauchseigenschaften des Bauteiles hinnehmen zu müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmebehandlungsverfahren anzugeben, das es gestattet, unabhängig von Gefüge und den mechanischen Eigenschaften des Bauteilinneren und ohne Einfluss darauf höhere Randschichthärten bis in eine von der tribologischen Belastung abhängende, ausreichend große Tiefe bei ausreichender Zähigkeit zu erhalten, das auch an formkomplizierten Teilen einsetzbar ist und bei dem die Auslagerungstemperatur die Härtungsmöglichkeiten des kurzzeitlösungsgeglühten Zustandes besser nutzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Erzeugung verschleißbeständiger Randschichten an ausscheidungshärtbaren Werkstoffen wie in den Ansprüchen 1 bis 14 dargestellt gelöst.

Wie in Anspruch 1 und/oder 2 beschrieben wird, geht das Verfahren von einer Funktionsoptimierung durch eine getrennte Einstellung des Gefüges im Bauteilinneren und der Randschicht aus. Dabei wird der Gefügezustand im Bauteilinneren sowie die daraus resultierende Kernfestigkeit und -zähigkeit durch eine vorhergehende konventionelle Wärmebehandlung eingestellt. Anschließend erfolgt die erfindungsgemäße Randschichtlösungsglühung in einem stark inhomogenen Temperaturfeld, gefolgt von einer erfindungsgemäß modifizierten Auslagerungsbehandlung des gesamten Bauteils in einem homogenen oder nahezu homogenen Temperaturfeld. Die sich aus der Analyse der tribologischen und/oder zyklischen Belastungsverteilung ergebenden Anforderungen an Tiefe, Breite, Lage und Verlauf der Verschleißschutzzone entsprechen dabei der anzustrebenden Geometrie der Lösungsglühzone. Die Lösungsglühzone wird durch ein Randschichterwärmungsverfahren mit ausreichender Leistungsdichte erzeugt. Die Tiefe t_H der angestrebten Lösungsglühzone wird durch die lokale absorbierte Energiedichte und die lokale Energieeinwirkungsdauer eingestellt. Die Energiedichte und die Energieeinwirkungsdauer bestimmen auch die resultierende Aufheizgeschwindigkeit

und den Temperaturgradienten

Die Wahl der beiden Parameter ebenso wie der Haltezeit Δt_{s sa} und der Spitzentemperatur T_{max s sa} des Kurzzeit-Lösungsglühens im angegebenen Wertebereich sichert eine ausreichend schnelle Auflösung der Ausscheidungen ohne Gefahr einer Kornvergröberung. In Abhängigkeit von der Spitzentemperatur T_{max s sa} und dem Ausgangsgefüge und der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffes verhindert die erfindungsgemäße Abkühlgeschwindigkeit

eine Kornvergröberung während der Abkühlung und eine unkontrollierte Ausscheidungshärtung. Die Angabe eines ungewöhnlich hohen Wertes für die maximale Spitzentemperatur T_{max s sa} macht von der Erkenntnis Gebrauch, dass die Härte der Randschicht, als der vorrangigen, die Verschleißbeständigkeit bei zutreffenden Verschleißarten bestimmenden Kenngröße, mit der Spitzentemperatur zunimmt oder nur wenig abfällt. Dadurch kann auch in größeren Tiefen der Kurzzeit-Lösungsglühzone ein Auflösungszustand der Ausscheidungen erreicht werden, der eine größere Einhärtetiefe oder einen flacheren Härteabfall garantiert. Eine spezifische Ausgestaltung der Erfindung für die Klasse der martensitischen ausscheidungshärt­ baren Stähle sieht Anspruch 4 vor. Durch die Wahl der erfindungsgemäßen Werte für die Spitzen­ temperatur T_{max s sa}, die Temperatur T_spa und der Zeit Δt_spa wird eine deutlich höhere Randschicht­ härte erreicht.

Vorteilhaft bei der Verfahrensausgestaltung nach Anspruch 10 ist, dass damit der Eigenspannungs­ zustand der ausscheidungsgehärteten Randschicht verbessert werden kann und eine größere Anzahl von Keimen für die Bildung von feinen Ausscheidungen vorhanden ist.

Besonders vorteilhaft lassen sich die Prozessschritte Kurzeit-Lösungsglühen, mechanische Verformung und Auslagerungswärmebehandlung bei der Weiterverarbeitung von Halbzeugen, wie in Anspruch 11 und 12 angegeben, kombinieren.

Die Ausführung der mechanischen Verformung als Kugelstrahlbehandlung, so wie in Anspruch 13 angegeben, lässt sich besonders vorteilhaft für die Optimierung der Randschichteigenschaften von sehr kompliziert geformten oder sehr lokal behandelten Bauteilen, wie z. B. Turbinenschaufeln einsetzen.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung lässt sich bei verschiedenen Stahlklassen (rost- und säurebeständige Stähle, Werkzeugstähle, Sonderstähle) und Stählen einsetzen. Solche Stähle sind z. B.: X5CrNiCuNb16-4 (1.4542); X2NiCoMo18-8-5 (1.6359); X2NiCoMo18-12 (1.6355); X1CrNiCoMo13-8-5 (1.6960); 17-7 PH; 17-4 PH; 15-5 PH; 17-7 B; PH 13-8 Mo; PH 12-9 Mo usw.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung nachstehend am Beispiel eines kompliziert geformten, hochbelasteten Bauteils aus dem Stahl X5CrNiCuNb16-4 erläutert:

Beispiel

Eine Tropfenschlag belastete Endstufenlaufschaufel aus dem Stahl N700 (Werksbezeichnung der Böhler Edelstahl GmbH Kapfenberg, Österreich) soll mit einer verschleißbeständigen Eintrittskante versehen werden. Die erwartete Erosionszonenbreite beträgt 11 mm. Die Erosionsintensität ist an der Eintrittskante am größten und nimmt innerhalb der Erosionszonenbreite in Richtung Schaufel­ austrittskante rasch ab. Als maximale Einhärtetiefe t_H der Randschicht sind in der Nähe der Eintrittskante 1,3 mm erwünscht, wobei die Einhärtetiefe entsprechend der Abnahme der Erosionsintensität mit zunehmendem Abstand zur Eintrittskante abfallen kann.

Der Werkstoff N700 hat die folgende chemische Soll-Zusammensetzung: Kohlenstoff ≦ 0,04%; Silizium: 0,25%; Mangan: 0,40%; Chrom: 15,40%; Nickel: 4,40%; Kupfer: 3,30%; Niob: 0,30% (Angaben jeweils in Gewichtsprozent). Zur Gewährleistung der mechanischen und zyklischen Belastbarkeit der Turbinenschaufel infolge Fliehkraft- und Dampfkraftbeaufschlagung, Verwindung usw. werden durch eine konventionelle Wärmebehandlung folgende mechanische Kennwerte eingestellt: 0,2%-Fließgrenze R_p0,2: 930-1000 MPa, Zugfestigkeit R_m ≦ 1040 MPa (siehe strichlierte Felder in Zeichnung 1). Dazu wird eine Lösungsglühbehandlung bei einer Temperatur von T_csa1 = 1030-1060°C für eine Zeit von Δt = 1 h vorgenommen. Die Auslagerungswärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur von T_cpa1 = 540°C-570°C über eine Zeit von Δt_cpa1 = 4 h. Die Abkühlung erfolgt an Luft. Die sich einstellende Mikrohärte beträgt 353 HV_0,05 und ist im Bauteilkern genauso groß wie in der Randschicht. Dieses Härteniveau ist nicht ausreichend für die erforderliche Tropfenverschleißbeständigkeit.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung zur Erzeugung verschleißbeständigerer Randschichten wird wie folgt vorgenommen:

Die Kurzzeit-Lösungsglühbehandlung wird mit einem CO₂-Laser durchgeführt. Die Turbinen­ schaufel wird dazu in das Schaufelspannfutter einer 6-Achs-CNC-Maschine eingespannt und mit einer vom Abstand von der Schaufelspitze abhängigen Vorschubgeschwindigkeit unter dem Laserstrahl hinweg gefahren und dabei gleichzeitig gedreht. Das Laserstrahlformungssystem besteht aus einem off-axis-Parabolspiegel mit einer Brennweite f = 300 mm. Das lösungs­ zuglühende Gebiet wird zur Absorptionserhöhung der CO₂-Laserstrahlung mit einem Absorptions­ mittel 100 µm dick bestrichen. Als Absorptionsmittel wird ein sogenannter Autofüller mit hohem Füllstoffanteil verwendet. Die Parameter der Laserstrahlbehandlung werden wie folgt gewählt:

• - Laserstrahlleistung am Auftreffort der Laserstrahlung: 2,75 kW;
• - absorbierte Laserstrahlleistung: 2,2 kW;
• - Vorschubgeschwindigkeit: 1000 mm/min;
• - Strahlfleckdurchmesser: 11,9 mm;
• - resultierende mittlere Laserleistungsdichte: 2,0 kW/cm².

Aus diesem Satz von Bestrahlungsparametern ergeben sich folgende Parameter der Kurzzeit- Lösungsglühung:

• - Aufheizgeschwindigkeit
  
• - Temperaturgradient beim Aufheizen (in größerem Abstand zur Schaufelspitze)
  
• - Spitzentemperatur T_{max s sa} ≈ 1350°C
• - Haltezeit des Kurzzeit-Lösungsglühens Δt_{s sa} ≈ 0,7 s;
• - Abkühlgeschwindigkeit
  

Die Temperatur T_csa2 und Haltezeiten Δt_csa2 der konventionellen Vergleichslösungsglühbehandlung hätten bei T_csa2 ≈ 1050°C und Δ_tcsa2 ≈ 1 h gelegen. Somit gilt: T_csa2 + 300 K = T_{max ssa}.

Nach der Abkühlung herrschen im lösungsgeglühten Gebiet Zugeigenspannungen. Weiterhin muss das Absorptionsmittel entfernt werden. Die Entfernung des Absorptionsmittels erfolgt durch eine Kugelstrahlbehandlung. Diese sichert gleichzeitig den Abbau der Zugeigenspannungen und den Aufbau von Druckeigenspannungen, von denen ein Anteil auch nach der Auslagerungswärme­ behandlung bestehen bleibt.

Die anschließende Auslagerungswärmebehandlung erfolgt mit folgenden Parametern:

• - Auslagerungstemperatur T_spa ≈ 465°C,
• - Auslagerungszeit Δt_spa ≈ 4 h.

Die Temperaturen T_cpa2 und Haltezeiten Δt_cpa2 der konventionellen Vergleichs-Auslagerungsglüh­ behandlung hätten bei T_cpa2 = 480°C und Δt_cpa2 = 1 h gelegen.

Somit gilt T_spa + 15 K = T_cpa2; Δt_spa = 4 . Δt_cpa2.

Die Erwärmung erfolgt durchgreifend in einem konventionellen Wärmebehandlungsofen mit Stickstoff als Schutzgas.

Zeichnung 2 zeigt die erreichte Randschichthärte HV_0,05 und den Härte-Tiefen-Verlauf. Aufgetragen ist jeweils der gleitende Mittelwert aus 5 Mikrohärteeindrücken. Die Randschichthärte erreicht 477 HV_0,05. Das ist eine Härtezuwachs von 124 HV_0,05. Die Einhärtetiefe bis zur Grenzhärte 353 HV beträgt 1,5 mm. Damit ist eine deutlich verbesserte Verschleißbeständigkeit ohne eine wesentliche Zähigkeitseinbuße der Schaufel zu erwarten. Der erreichte Druckeigenspannungszustand in der aufgehärteten Zone verringert die Spannungs- und Schwingungsrisskorrosionsanfälligkeit des aufgehärteten Gefüges.

Die Abhängigkeit der Mikrohärte HV_0,05 der erfindungsgemäß hergestellten Randschicht von der Auslagerungstemperatur ist in Zeichnung 1 vergleichend dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Mikrohärtewerte im Auslagerungstemperaturbereich 460°C ≦ T_spa ≦ 510°C deutlich über denen der konventionellen Wärmebehandlung liegen.

Aufstellung der verwendeten Abkürzungen und Symbole

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung von verschleißbeständigen Randschichten an ausscheidungshärtbaren Werkstoffen durch ein Kurzzeitlösungsglühen und eine nachfolgende Auslagerungswärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, dass ein konventionell bei einer Temperatur T_csa1, lösungsgeglühtes und anschließend konventionell bei einer Temperatur T_cpa1 einer Auslagerungswärmebehandlung unterworfenes Bauteil einer erneuten, nur die Randschicht des Bauteils erfassenden Kurzzeitlösungsglühung bei einer Temperatur T_ssa < T_csa1 und einer Haltezeit des Kurzzeit-Lösungsglühens Δt_ssa < 12 s unterworfen wird und anschließend eine weitere, sowohl das Bauteilinnere als auch die Randschicht gleichermaßen umfassende Auslagerungwärmebehandlung bei einer Temperatur T_spa < T_cpa1 durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) die Randschicht des Bauteiles bis zu einer Tiefe t_H, die der angestrebten Einhärtungstiefe entspricht, durch eine kurzzeitige und von der Bauteiloberfläche ausgehende Energieeinwirkung lösungsgeglüht wird,
• b) die kurzzeitige und von der Bauteiloberfläche ausgehende Energieeinwirkung durch ein hochenergetisches Randschichterwärmungsverfahren realisiert wird,
• c) die Aufheizgeschwindigkeit
  Werte von
  erreicht,
• d) der Temperaturgradient
  im Bereich
  gewählt wird,
• e) für die Spitzentemperatur T_{max ssa} der Kurzzeit-Lösungsglühbehandlung T_csa2 + 50 K ≦ T_{max ssa} ≦ T_csa2 + 400 K gilt, wobei T_csa2 die konventionelle Lösungsglühtemperatur des entsprechenden Werkstoffes ist,
• f) die Haltezeit des Kurzzeit-Lösungsglühens Δt_ssa in dem Temperaturbereich, in dem eine merkliche Auflösung der Ausscheidungen stattfindet, im Bereich 10^-1 s ≦ Δt_ssa ≦ 12 s liegt,
• g) die Abkühlgeschwindigkeit
  maximale Werte im Abkühlzyklus von
  erreicht,
• h) die Auslagerungswärmebehandlung mit einer im Vergleich zur Kurzzeit-Lösungsglüh­ behandlung längeren Haltezeit Δt_spa, Δt_spa < Δt_ssh und einem deutlich geringeren Temperaturgradienten
  durchgeführt wird,
• i) für die Temperatur T_spa der Auslagerungswärmebehandlung T_spa ≦ T_cpa2 ≦ T_spa + 80 K gilt, wobei T_cpa2 die Untergrenze des konventionellen Auslagerungstemperaturbereiches darstellt,
• j) die Haltezeit der Auslagerungswärmebehandlung Δt_spa eineinhalb bis sechzehnmal so groß gewählt wird, wie die Haltezeit Δt_cpa2 der konventionellen Auslagerungswärmebehandlung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangszustand für die Kurzzeit-Lösungsglühung und die nachfolgende Auslagerungswärmebehandlung ein ausscheidungsgehärteter Werkstoffzustand gewählt wird, dessen mechanischen Kennwerte 0,2% Fließgrenze, Zugfestigkeit und Härte nach der Bauteilbeanspruchung gewählt werden und über die Auslagerungstemperatur T_cpa1 und Auslagerungszeit Δt_cpa1 eingestellt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschichtveredlung von ausscheidungshärtbaren Stählen mit Kohlenstoffgehalten von 0,03 bis 0,08 Gew.-%, Chromgehalten von 10 bis 19 Gew.-%, Nickelgehalten von 3,0 bis 11,0 Gew.-%, Kupfergehalten von 1,0 bis 5,0 Gew.-% und Niobgehalten von 0,15 bis 0,45 Gew.-% so durchgeführt wird, dass

• a) die Tiefe t_H der lösungsgeglühten Randschicht 0,1 mm ≦ t_H < 7 mm beträgt,
• b) für die Spitzentemperatur T_{max ssa} der Kurzzeit-Lösungsglühbehandlung 1080°C ≦ T_{max ssa} ≦ 1350°C gilt,
• c) die Temperatur T_spa der Auslagerungswärmebehandlung im Bereich 445°C ≦ T_spa ≦ 550°C gewählt wird,
• d) die Haltezeit der Auslagerungswärmebehandlung Δt_spa im Bereich 1 h ≦ Δt_spa ≦ 8 h eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hochenergetische Randschichterwärmungsverfahren eine Laserstrahlerwärmung ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als hochenergetisches Randschichterwärmungsverfahren eine Elektronenstrahlerwärmung gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als hochenergetisches Randschichterwärmungsverfahren eine induktive Randschichterwärmung dient.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlgeschwindigkeit
durch eine externe Kühlung erreicht wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlgeschwindigkeit
durch eine Selbstabschreckung erreicht wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kurzzeit-Lösungsglühbehandlung und vor der Auslagerungswärmebehandlung eine mechanische Verformung der Randschicht vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Halbzeug ist und das Halbzeug seine endgültige Form durch eine Umformung erhält.

12. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzzeit- Lösungsglühbehandlung, die Umformung und die Auslagerungswärmebehandlung im Durchlaufverfahren durchgeführt werden.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche von 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung der Randschicht durch eine Kugelstrahlbehandlung vorgenommen wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient
für große Bauteile im Bereich von
400 K/mm gewählt wird.