Wärmebehandlung

Gussstücke nach der Wärmebehandlung

Wärmebehandlung ist ein Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, bei dem kontrolliert erwärmt und wieder abgekühlt wird, um die Werkstoffeigenschaften zu verändern. Das Verfahren zählt daher zur Hauptgruppe Stoffeigenschaften ändern. Das Phasendiagramm zeigt dabei an, welche Zusammensetzung im thermodynamischen Gleichgewicht zu erwarten ist. Dabei können umgebende Stoffe Änderungen der chemischen Zusammensetzung, z. B. des Kohlenstoff- oder Stickstoffgehalts oder des Kristallgitters herbeiführen, siehe auch Tempern.

Eine Warmumformung oder mit Erwärmung verbundene Verfahren der Oberflächenschutzes fallen nicht unter den Begriff der Wärmebehandlung.

Verfahren

Unter Wärmebehandlung sind Verfahren zur Behandlung von Werkstoffen durch thermische, chemisch-thermische oder mechanisch-thermische Einwirkung zu verstehen, mit dem Ziel, optimierte Eigenschaften für einen bestimmten Zweck zu erreichen.

In der Wärmebehandlung unterscheidet man grundsätzlich zwischen Verfahren, die eine durchgreifende Gefüge­umwandlung bewirken, und Verfahren, die lediglich eine Umwandlung an der Oberfläche eines Werkstücks verursachen. Zu den erstgenannten Verfahren gehören beispielsweise das Glühen und das Härten, d. h. die thermischen Verfahren. Die zweitgenannten Verfahren zählen zu den Diffusions- und Beschichtungsverfahren bzw. zu den thermochemischen Verfahren (z. B. Aufkohlen, Einsatzhärten, Nitrieren, Borieren).

Eine weitere Möglichkeit der Einteilung kann in fertigungsorientierte oder beanspruchungsorientierte Verfahren erfolgen.

Fertigungsorientierte Verfahren

Beanspruchungsorientierte Verfahren

Thermische Wärmebehandlung

Thermochemische Wärmebehandlung

Verfahren

Vor allem Metalle und deren Legierungen, weiterhin auch Kunststoffe, werden zur gezielten Einstellung ihrer Eigenschaften wärmebehandelt. Wärmebehandlungen an Keramiken werden üblicherweise nur im Rahmen des Herstellungsprozesses (beim Sintern) durchgeführt.

Der zu behandelnde Werkstoff durchläuft verschiedene Temperaturen in unterschiedlichen Zeiten (Temperatur-Zeit-Verlauf) und wird anschließend in Abhängigkeit von Werkstoff und Verfahren in verschiedenen Medien (Wasser, Öl, Salz, Schutzgas, Luft) unterschiedlich schnell abgekühlt. Die Reichweite erstreckt sich hierbei von der Ofenabkühlung bis hin zum schroffen Abschrecken, um bestimmte technologische Eigenschaften (Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Gefüge etc.) einzustellen.

Zusätzlich können chemische Einflüsse, mechanische oder andere Beanspruchungen gezielt einwirken. Das jeweilige Verfahren wird in geeigneten Wärmebehandlungsanlagen durchgeführt.

Es können eine Vielzahl an Werkstoffen speziell zur Erhöhung der Festigkeit wärmebehandelt werden, beispielsweise bestimmte Legierungen des Aluminiums und Titans (Ausscheidungshärten) und des Kupfers. Hierbei liegt in allen Fällen ein Lösungsglühen mit Abschreckung und anschließender Ausscheidungshärtung vor. Alle metallischen Werkstoffe können weichgeglüht werden. Mitunter ist dies als Zwischenschritt bei der Kaltumformung sogar zwingend notwendig.

Für die Wirtschaftlichkeit eines Werkzeugs oder Bauteils ist die sorgfältige Wärmebehandlung von Bedeutung. So kann ein hochlegierter Werkzeugstahl, wenn er falsch wärmebehandelt wurde, schlechtere technologische Eigenschaften haben als ein niedrig legierter Stahl, welcher richtig wärmebehandelt wurde. Ein korrekt wärmebehandelter und hochlegierter Werkzeugstahl wird dagegen nochmals bessere mechanische Eigenschaften aufweisen.

Um qualitativ hochwertige Produkte zu erzeugen, ist eine effiziente Steuerung der Prozesse notwendig. Weiterhin wird dabei im Umfeld steigender Energiepreise auch ein möglichst energiesparender Prozess angestrebt. Dies beinhaltet den sinnvollen Einsatz von Steuer- und Regelungselementen, Brennertechnologie und eine abgestimmte Kombination verschiedener Feuerfestprodukte wie Feuerleichtsteine und Hochtemperaturwolle/Keramikfaser-Produkte.

Siehe auch

Literatur

  • Hans-Werner Zoch, Günter Spur: Handbuch Wärmebehandeln und Beschichten, Hanser, 2015.

Weblinks

Commons: Wärmebehandlung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Auf dieser Seite verwendete Medien

Castings fresh from the heat treatment furnace.jpg
Autor/Urheber: Goodwin Steel Castings, Lizenz: CC BY-SA 2.0
Gussteile nach 12-stündigem Erhitzen auf 1200 ° C im Wärmebehandlungsofen von Goodwin Steel Castings