Abschreckmethoden

Bei Wärmebehandlungsprozessen werden zehn gängige Abschreckverfahren eingesetzt: Abschrecken in einem Medium (Wasser, Öl, Luft), Abschrecken in zwei Medien, Martensit-Stufenabschrecken, Martensit-Stufenabschrecken unterhalb des Ms-Punktes, Bainit-Austenitisieren, kombiniertes Abschrecken, Vorkühlen-Austenitisieren, verzögertes Abkühlen, Abschrecken und Selbstanlassen sowie Strahlabschrecken.

1. Abschrecken in einem einzigen Medium (Wasser, Öl, Luft)

Ein auf die Abschrecktemperatur erhitztes Werkstück wird in einem Abschreckmedium abgeschreckt und anschließend vollständig abkühlen gelassen. Dies ist das einfachste Abschreckverfahren und wird häufig für Werkstücke aus einfachem Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl angewendet. Das Abschreckmedium wird anhand des Wärmeübergangskoeffizienten, der Härtbarkeit, der Größe und der Form des Werkstücks ausgewählt.

2. Zweimedium-Abschreckung

Das auf die Abschrecktemperatur erhitzte Werkstück wird zunächst in einem schnellkühlenden Abschreckmedium bis nahe an den Ms-Punkt abgekühlt. Anschließend wird es in ein langsamkühlendes Abschreckmedium überführt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Dies ermöglicht unterschiedliche Abschrecktemperaturbereiche und eine relativ optimale Abkühlgeschwindigkeit. Dieses Verfahren eignet sich für komplexe Formen oder große Werkstücke aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl oder legiertem Stahl. Auch Werkzeugstahl aus Kohlenstoffstahl wird häufig mit diesem Verfahren bearbeitet. Gängige Kühlmedien sind Wasser-Öl, Wasser-Nitrat, Wasser-Luft und Öl-Luft. Wasser wird im Allgemeinen für schnelles Abschrecken verwendet, während Öl oder Luft für langsames Abschrecken eingesetzt werden. Luft wird seltener verwendet.

3. Martensit-Stufenabschreckung

Nach der Austenitisierung wird der Stahl in ein flüssiges Medium (Salz- oder Alkalibad) mit einer Temperatur knapp über oder unter dem oberen Martensitisierungspunkt des Stahls eingetaucht. Die Temperatur wird für eine geeignete Zeit gehalten, bis sowohl die inneren als auch die äußeren Schichten des Stahls die Temperatur des Mediums erreicht haben. Anschließend wird der Stahl entnommen und an der Luft abgekühlt, wodurch sich der unterkühlte Austenit langsam in Martensit umwandelt. Dieses Abschreckverfahren wird üblicherweise für kleine Werkstücke mit komplexen Formen und strengen Verformungsanforderungen eingesetzt. Es findet auch häufig Anwendung beim Abschrecken von Schnellarbeitsstahl und hochlegierten Stahlwerkzeugen und -formen.

4. Martensit-Stufenabschreckung unterhalb des Ms-Punktes

Liegt die Badtemperatur unterhalb der Schmelzspannung (Ms) des Werkstückstahls, aber oberhalb der Schmelzspannung (Mf), kühlt das Werkstück in diesem Bad schneller ab. Selbst bei größeren Abmessungen lassen sich die gleichen Ergebnisse wie beim Stufenhärten erzielen. Dieses Verfahren wird häufig für größere Werkstücke aus schlecht härtbarem Stahl angewendet.

5. Bainit-Austemperierungsverfahren

Das Werkstück wird in einem Bad bei der unteren Bainittemperatur des Stahls abgeschreckt und dort 30–60 Minuten lang gehalten, um eine Bainit-Umwandlung zu durchlaufen. Der Bainit-Austemperierungsprozess besteht aus drei Hauptschritten:
① Austenitisierung;

② Abkühlung nach der Austenitisierung;

③ Bainit-Isothermenbehandlung.

Dieses Verfahren wird häufig für kleine Teile aus legierten Stählen und hochkohlenstoffhaltigen Stählen sowie für Gusseisen mit Kugelgraphit verwendet.

6. Kombiniertes Abschreckverfahren

Das Werkstück wird zunächst rasch auf unter die Ms-Temperatur abgekühlt, um einen Martensitvolumenanteil von 10–30 % zu erzielen. Anschließend wird es im unteren Bainitbereich isotherm behandelt, um in größeren Querschnitten ein Martensit-Bainit-Gefüge zu erhalten. Dieses Verfahren wird häufig für Werkstücke aus legiertem Werkzeugstahl angewendet.

7. Vorkaltes Austemperverfahren

Auch bekannt als Aufheiz-Baintemperierung, wird das Werkstück zunächst in einem Bad mit niedrigerer Temperatur (oberhalb der Ms-Temperatur) abgekühlt und anschließend in ein Bad mit höherer Temperatur überführt, um eine isotherme Umwandlung des Austenits zu erfahren. Dieses Verfahren eignet sich für Stahlteile mit schlechter Härtbarkeit oder große Werkstücke, die eine Bainitisierung erfordern.

8. Verzögertes Abschreckverfahren

Das Bauteil wird in Luft, heißem Wasser oder einem Salzbad auf eine Temperatur knapp über Ar3 oder Ar1 vorgekühlt und anschließend in einem einzigen Medium abgeschreckt. Dieses Verfahren wird häufig für Bauteile mit komplexen Formen, großen Dickenunterschieden und bei denen nur geringe Verformung erforderlich ist, angewendet.

9. Abschreck- und Selbsttemperierungsverfahren

Das gesamte Werkstück wird erhitzt, aber beim Abschrecken wird nur der zu härtende Bereich (üblicherweise der Arbeitsbereich) in die Abschreckflüssigkeit eingetaucht, um abzukühlen. Sobald der nicht eingetauchte Teil nicht mehr erhitzt ist, wird er sofort herausgenommen und an der Luft abgekühlt. Das Abschreck- und Anlassverfahren nutzt die Wärme des noch nicht vollständig abgekühlten Kerns, um die Oberfläche zu härten. Es wird häufig für Werkzeuge mit Stoßbelastung wie Meißel, Stempel und Hämmer eingesetzt.

10. Strahlabschreckverfahren

Sprühhärten ist ein Abschreckverfahren, bei dem ein Wasserstrahl auf das Werkstück gesprüht wird. Die Wassermenge kann je nach gewünschter Abschrecktiefe variiert werden. Da sich beim Sprühhärten kein Dampffilm auf der Werkstückoberfläche bildet, lässt sich eine tiefere Härteschicht erzielen als beim herkömmlichen Wasserhärten. Es wird hauptsächlich zum lokalen Oberflächenhärten eingesetzt.