Entfesseln Sie Höchstleistungen: Ihr Leitfaden für präzise Wärmebehandlungsverfahren

Die Wärmebehandlung ist ein Warmumformverfahren für Metalle, bei dem feste Werkstoffe erhitzt, gehalten (geglüht) und abgekühlt werden, um die gewünschten Mikrostrukturen und Eigenschaften zu erzielen.

I. Wärmebehandlungsverfahren

1. Normalisieren: Ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem Stahl oder Stahlteile auf eine Temperatur oberhalb des kritischen Punktes AC3 oder ACM erhitzt, für eine bestimmte Zeit gehalten und dann an der Luft abgekühlt werden, um ein perlitartiges Gefüge zu erhalten.

2. Glühen: Ein Wärmebehandlungsverfahren für Werkstücke aus untereutektoidem Stahl. Diese werden auf 20–40 °C über AC3 erhitzt, eine Zeit lang gehalten und anschließend langsam (in einem Ofen, Sand oder Kalk) auf unter 500 °C abgekühlt, gefolgt von Luftkühlung.

3. Lösungsglühen: Eine Legierung wird auf eine hohe Temperatur im Einphasengebiet erhitzt und dort gehalten, um überschüssige Phasen vollständig in der festen Lösung aufzulösen. Anschließend wird sie schnell abgekühlt, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten.

4. Alterung: Das Phänomen, bei dem sich die Eigenschaften einer Legierung im Laufe der Zeit nach einer Lösungsglühung oder Kaltumformung bei Raumtemperatur oder etwas darüber verändern.

5. Lösungsglühen: Löst verschiedene Phasen in einer Legierung vollständig auf, stärkt die feste Lösung, verbessert die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, baut Spannungen ab und macht das Material für die Weiterverarbeitung weicher.

6. Alterungsbehandlung: Erhitzen und Halten bei einer Temperatur, bei der sich aushärtende Phasen bilden, was zu einer Härtung und erhöhten Festigkeit führt.

7. Abschrecken: Ein Verfahren, bei dem Stahl austenitisiert und anschließend mit einer geeigneten Geschwindigkeit abgekühlt wird, wodurch sich der gesamte Querschnitt des Werkstücks oder ein bestimmter Teil davon in instabile Strukturen wie Martensit umwandelt.

8. Anlassen: Ein Verfahren, bei dem ein abgeschrecktes Werkstück auf eine geeignete Temperatur unterhalb des kritischen Punktes AC1 erhitzt, für eine gewisse Zeit gehalten und dann mit einer erforderlichen Methode abgekühlt wird, um die gewünschte Struktur und die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

9. Carbonitrieren von Stahl: Die gleichzeitige Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in die Oberflächenschicht von Stahl. Dieses Verfahren wird üblicherweise als Cyanieren bezeichnet, wobei das Gascarbonitrieren bei mittleren und niedrigen Temperaturen (Gas-Weichnitrieren) weit verbreitet ist. Beim Carbonitrieren bei mittleren Temperaturen werden Härte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit erhöht. Beim Carbonitrieren bei niedrigen Temperaturen liegt der Fokus primär auf der Verbesserung der Verschleiß- und Fressbeständigkeit.

10. Härten und Anlassen: Bezeichnet üblicherweise den kombinierten Prozess des Härtens und anschließenden Anlassens bei hoher Temperatur. Dieses Verfahren findet breite Anwendung bei kritischen Bauteilen wie Pleuelstangen, Schrauben, Zahnrädern und Wellen unter wechselnden Belastungen. Es erzeugt ein angelassenes Sorbitgefüge mit überlegenen mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu normalisiertem Sorbit gleicher Härte. Die Härte liegt typischerweise zwischen HB 200 und 350, abhängig von der Anlasstemperatur, der Anlassstabilität des Stahls und den Bauteilabmessungen.

11. Hartlöten: Ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem zwei Werkstücke durch Schmelzen eines Lötmetalls (Lötlegierung) miteinander verbunden werden.

II. Prozessübersicht:
Ein Wärmebehandlungsprozess umfasst im Allgemeinen drei Phasen: Erhitzen, Halten (Einweichen) und Abkühlen, manchmal auch nur Erhitzen und Abkühlen. Diese Phasen sind miteinander verbunden und laufen kontinuierlich ab.

Das Erhitzen ist ein entscheidender Schritt. Beim Erhitzen an der Luft oxidieren und entkohlen Werkstücke häufig (Kohlenstoffverlust an der Stahloberfläche), was die Oberflächeneigenschaften nach der Behandlung negativ beeinflusst. Daher erfolgt das Erhitzen üblicherweise in kontrollierter Schutzatmosphäre, in Salzschmelzen oder im Vakuum bzw. unter Verwendung von Schutzbeschichtungen oder -verpackungen.

Die Heiztemperatur ist ein entscheidender Parameter, und ihre Auswahl und Kontrolle sind maßgeblich für die Qualitätssicherung. Sie variiert je nach Material und Behandlungsziel, liegt aber im Allgemeinen über den Phasenumwandlungstemperaturen, um Hochtemperaturstrukturen zu erzielen. Zudem benötigt die Umwandlung Zeit. Sobald die Oberfläche die Zieltemperatur erreicht hat, muss diese gehalten werden, um den Temperaturausgleich zwischen Innen- und Außentemperatur zu gewährleisten und die mikrostrukturelle Umwandlung abzuschließen – dies ist die Haltezeit. Bei Wärmebehandlungen mit hoher Energiedichte oder Oberflächenwärmebehandlungen erfolgt die Erwärmung extrem schnell, sodass die Haltezeit oft entfällt. Chemische Wärmebehandlungen erfordern typischerweise längere Haltezeiten.

Die Kühlung ist ein unerlässlicher Schritt, wobei die Methoden je nach Verfahren variieren und primär die Abkühlgeschwindigkeit steuern. Im Allgemeinen kühlt Glühen am langsamsten ab, Normalglühen schneller und Abschrecken am schnellsten. Die Anforderungen unterscheiden sich jedoch je nach Stahlsorte; beispielsweise erreichen lufthärtende Stähle ihre volle Härte bei ähnlichen Abkühlgeschwindigkeiten wie beim Normalglühen.