Wärmebehandlung von Stahl

Die Wärmebehandlung von Stahl dient dem allgemeinen Bestreben die Werkstoffeigenschaften des Stahls durch thermische und/oder chemische Einwirkungen in eine bestimmte Richtung positiv zu beeinflussen.

Dies geschieht, indem man unter Anderem die Abkühlgeschwindigkeit des Stahls beeinflusst, um so die Diffusionsvorgänge im Gefüge besser steuern zu können. Dafür stehen mehrere Wärmebehandlungsverfahren zur Auswahl: Härten, Glühen, Vergüten, Patentieren.

 

Härten

Das Härten von Stahl ist ein Wärmebehandlungsverfahren mit dem Zweck die mechanische Widerstandsfähigkeit des Stoffes zu verbessern. Der Stahl wird durch Erhitzen auf Härtetemperatur gebracht und zunächst gehalten. Währenddessen findet im Stahl eine Gitterumwandlung oder auch Gefügeumwandlung statt. Es verändert seinen Zustand von einem Ferrit-Gefüge in ein Austenit-Gefüge. Im Austenit-Gefüge kann sich der Kohlenstoff vom Eisen wesentlich besser lösen.

 

Das nun folgende Abschrecken (z.B in Öl oder Wasser) des Stahls hat zur Folge, dass sich das Austenit-Gefüge schlagartig zusammenzieht und in ein Martensit-Gefüge verwandelt. In diesem verspannt sich der Kohlenstoff, da er nicht rechtzeitig in das neue Gefüge übergehen kann. Der Werkstoff wird hart und spröde. Er ist aber noch nicht Widerstandsfähig. Deshalb wird der Stahl anschließend auf Anlasstemperatur (100°C - 300°C) angelassen. Dieses Anlassen gibt dem Stahl einen Teil seiner Widerstandsfähigkeit zurück, behält jedoch seine Härte.

 

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Glühen

Das Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem der Stahl auf Glühtemperatur erhitzt und gehalten wird, bis alle erforderlichen Diffusionsvorgänge abgeschlossen sind. Anschließend wird der Stahl langsam abgekühlt.

Je nach Temperatur und Zeit des Glühvorgangs, lassen sich Umwandlungen mit bestimmten Eigenschaften erreichen und/oder Spannungen im Gefüge abbauen. Eben auch wegen diesen unterschiedlichen Möglichkeiten, unterscheidet man nach mehreren Glühverfahren:

Diffusionsglühen, Grobkornglühen, Normalglühen, Spannungsarmglühen, Weichglühen

 

Vergüten

Das Vergüten dient dem abbauen von Gitterspannungen, welche beim Härten entstehen. Hierbei wird der zuvor gehärtete Stahl auf Temperaturen zwischen 450°C und Umwandlungslinie erwärmt und für eine bestimmte Zeit gehalten, um so den Diffusionsprozess des Kohlenstoffes fortzuführen. Anschließend wird der Stahl langsam abgekühlt. Dem Stahl wird so eine größere Zähigkeit verliehen.

Patentieren

Beim Patentieren wird der Werkstoff im Austenitbereich oberhalb der Umwandlungslinie zum Martensitbereich abgeschreckt und isotherm gehalten, bis die Umwandlung in den Perlit abgeschlossen ist. Anschließend wird er weiter abgekühlt.

Die Abkühlung erfolgt an der Luft, in einem Salzbad oder einem Metallbad.