Metallwärmebehandlungsverfahren lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Ganzwärmebehandlung, Oberflächenwärmebehandlung und chemische Wärmebehandlung. Je nach Wärmeträgermedium, Temperatur und Abkühlmethode können aus jeder Kategorie verschiedene Wärmebehandlungsverfahren entwickelt werden. Durch die Anwendung unterschiedlicher Verfahren lassen sich beim gleichen Metall unterschiedliche Gefüge und somit unterschiedliche Eigenschaften erzielen. Stahl ist das am weitesten verbreitete Metall in der Industrie und weist ein besonders komplexes Mikrogefüge auf, weshalb zahlreiche Wärmebehandlungsverfahren für Stahl existieren.
Die Ganzwärmebehandlung ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen, bei dem das Werkstück als Ganzes erhitzt und anschließend mit einer geeigneten Geschwindigkeit abgekühlt wird, um seine mechanischen Eigenschaften zu verändern. Die Ganzwärmebehandlung von Stahl umfasst im Allgemeinen vier grundlegende Prozesse: Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen.
1. Glühen
Beim Glühen wird das Werkstück auf eine geeignete Temperatur erhitzt, die Haltezeit richtet sich nach Material und Werkstückgröße, und anschließend wird es langsam abgekühlt. Ziel ist es, die innere Struktur des Metalls in einen Gleichgewichtszustand zu bringen oder ihr nahezukommen bzw. die im vorherigen Prozess entstandenen inneren Spannungen abzubauen. Dadurch werden gute Prozess- und Gebrauchseigenschaften erzielt oder die Struktur für das anschließende Abschrecken vorbereitet.
2. Normalisierung
Normalglühen bezeichnet das Erhitzen des Werkstücks auf eine geeignete Temperatur und das anschließende Abkühlen an der Luft. Der Effekt des Normalglühens ist dem des Glühens ähnlich, jedoch wird ein feineres Gefüge erzielt. Es wird häufig zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Werkstoffen eingesetzt und dient mitunter der Erfüllung bestimmter Anforderungen. Es wird nicht als abschließende Wärmebehandlung für hochfeste Bauteile verwendet.
3. Abschrecken
Beim Abschrecken wird das Werkstück erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, um es dann in einem Abschreckmedium wie Wasser, Öl oder anderen anorganischen Salzlösungen oder organischen wässrigen Lösungen schnell abzukühlen.
4. Härten
Nach dem Abschrecken wird der Stahl zwar hart, aber gleichzeitig auch spröde. Um die Sprödigkeit von Stahlteilen zu verringern, werden diese abgeschreckt und anschließend lange bei einer geeigneten Temperatur oberhalb Raumtemperatur und unterhalb von 650 °C gehalten und dann abgekühlt. Dieser Vorgang wird Anlassen genannt. Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen bilden die vier Schritte der Wärmebehandlung. Abschrecken und Anlassen sind eng miteinander verbunden, werden häufig gemeinsam angewendet und sind unverzichtbar.
Die vier Brennverfahren haben verschiedene Wärmebehandlungsmethoden mit unterschiedlichen Heiztemperaturen und Kühlmethoden entwickelt. Um eine bestimmte Festigkeit und Zähigkeit zu erzielen, wird das Verfahren des Abschreckens und Anlassens bei hoher Temperatur als Abschrecken und Anlassen bezeichnet. Nachdem einige Legierungen abgeschreckt wurden, um eine übersättigte feste Lösung zu bilden, werden sie für eine längere Zeit bei Raumtemperatur oder einer etwas höheren Temperatur gehalten, um die Härte, Festigkeit oder elektromagnetischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern. Dieser Wärmebehandlungsprozess wird als Auslagern bezeichnet.
Die Methode, bei der Umformung und Wärmebehandlung effektiv und eng miteinander kombiniert werden, um eine hohe Festigkeit und Zähigkeit des Werkstücks zu erzielen, wird als Umformwärmebehandlung bezeichnet. Die Wärmebehandlung unter Unterdruck oder im Vakuum wird als Vakuumwärmebehandlung bezeichnet. Dadurch wird nicht nur die Oxidation oder Entkohlung des Werkstücks verhindert, sondern auch eine glatte und saubere Oberfläche erzielt, was die Eigenschaften des Werkstücks verbessert. Alternativ kann auch eine chemische Wärmebehandlung mittels Kriechöl erfolgen.
Mit der zunehmenden Reife der Laser- und Plasmatechnologie werden diese beiden Technologien heutzutage eingesetzt, um herkömmliche Stahlwerkstücke mit verschleißfesten, korrosionsbeständigen oder hitzebeständigen Beschichtungen zu versehen und so deren Oberflächeneigenschaften zu verändern. Dieses neue Verfahren wird als Oberflächenmodifizierung bezeichnet.
Veröffentlichungsdatum: 31. März 2024
