Wärmebehandlung

Gussstücke nach der Wärmebehandlung

Wärmebehandlung ist ein Verfahren oder Verbindung mehrerer Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, die dabei in einem bestimmten Verlauf erwärmt und wieder abgekühlt werden, um Werkstoffeigenschaften zu verändern. Das Verfahren zählt daher zur Hauptgruppe Stoffeigenschaften ändern. Dabei können umgebende Mittel Änderungen der 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

• Spannungsarmglühen
• Weichglühen
• Normalglühen
• Grobkornglühen
• Diffusionsglühen
• Rekristallisationsglühen
• Vergüten

Beanspruchungsorientierte Verfahren

Thermische Wärmebehandlung

• Härten
• Vergüten
• Bainitisieren
• Randschichthärten, u. a.

Thermochemische Wärmebehandlung

• Aufkohlen
• Carbonitrieren
• Nitrieren
• Aluminieren
• Silicieren
• Vanadieren
• Borieren
• Nitrocarburieren, u. a.

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

• Verzug (Mechanik)

Literatur

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

Weblinks

 Commons: Wärmebehandlung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Industrieverband Härtetechnik - Technische Informationen
• Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik