1. Unbehandelt
Unter dem Zustand unbehandelt versteht man eigentlich keine echte Wärmebehandlung. Es ist die geregelte oder ungeregelte Abkühlung aus der Hitze der Warmumformung. Bei austenitischen Güten wird hier vorwiegend in Wasser abgeschreckt und bei Bau- und Werkzeugstählen an Luft abgekühlt. Bei einer Reihe von Werkstoffen wird aber auch mit den dabei erzeugten Gefügeausbildungen ein Ergebnis erzielt, dass eine weitere Bearbeitung ohne vorherige Wärmebehandlung erlaubt. Eine langsame Abkühlung aus nicht zu hohen Umformtemperaturen kommt bei niedrig legierten Baustählen einem Normalisieren sehr nahe. Bei austenitischen Werkstoffen kann durch eine Abschreckung in Wasser aus der Umformhitze, in einigen Fällen, auch ein annehmbares Ergebnis erzielt werden.
2. Normalisieren
Bei dem Normalisieren soll im Material eine einheitliche Gefügestruktur ausgebildet werden. Es wird zum Beseitigen von ungleichmäßigen und groben Gefügen angewandt. Bei dieser Wärmebehandlung findet eine vollständige Gefügeumwandlung (meist Ferrit-Perlit oder Perlit) und die Neubildung der Körner statt. Das Material soll möglichst rasch auf Temperatur gebracht werden. Es gibt eine Faustregel (n. Hanemann), danach soll mindestens 4° C pro Minute aufgeheizt werden. Die Temperaturen für das Normalisieren liegen bei untereutektoiden Stählen ca. 30° bis 50° C oberhalb von Ac3 und bei übereutektoiden Stählen ca. 30° bis 50° C über Ac1. Die Haltezeit auf Glühtemperatur beträgt ca. 20 + (D(mm) / 2) Minuten (n. Ruhfus). Die Abkühlung nach der Glühung hat langsam zu erfolgen, entweder an ruhender Luft oder eventuell auch im Ofen. Bei zu schneller Abkühlung kann sich, insbesondere bei höher legierten Stählen, eventuell Martensit oder Zwischenstufengefüge ausbilden. Unterhalb ca. 600° C ist die Abkühlgeschwindigkeit nicht mehr so kritisch. Gefügefehler durch Überhitzung oder Überzeitung können durch eine erneute Wärmebehandlung mit richtig eingestellten Parametern korrigiert werden.
3. Weichglühen (GKZ-Glühen)
Bei Stählen mit einem höheren Kohlenstoffgehalt (>0,35 % C) und bei höher legierten Bau- und Werkzeugstählen ist in weichgeglühtem Zustand eine bessere spanende Bearbeitung möglich. Nach der Weichglühung weisen diese Stähle anstelle des lamellaren Perlits einen körnig eingeformten Perlit auf. Diese Gefügeausbildung weist eine geringere Festigkeit des Stahls auf. Die beim Weichglühen gebildeten Karbide dürfen nicht zu fein und nicht zu grob ausgebildet werden. Gröbere Karbide bewirken eine bessere Zerspanbarkeit und feine Karbide lassen sich bei einer späteren Vergütung schneller in Lösung bringen. Ein gutes Mittelmaß ist in den meisten Fällen von Vorteil. Um ein möglichst gleichmäßiges Weichglühgefüge zu erhalten ist das Ausgangsgefüge von entscheidender Bedeutung. Die Temperaturen bei dieser Glühmethode bewegen sich in der Regel kurz unter oder oberhalb von Ac1, zeitweilig auch mit einer Temperaturpendelung um diesen Bereich. Glühfehler, wie zum Beispiel die Bildung sehr grober Karbide infolge falscher Temperaturwahl oder zu langer Haltezeit, lassen sich nur noch durch erneute Bildung von lamellarem Perlit, z. B. durch ein Normalisieren, wieder rückgängig machen. Anschließend muss die Weichglühung mit den richtigen Parametern wiederholt werden.
4. Härten
Als Härten bezeichnet man den Vorgang der raschen Abkühlung aus dem Austenitgebiet heraus. Das Material soll möglichst rasch auf Temperatur gebracht werden. Es gibt eine Faustregel (n. Hanemann), danach soll mindestens 4° C pro Minute aufgeheizt werden. Bei den meisten Stählen liegen die Temperaturen für das Härten bei untereutektoiden Werkstoffen ca. 30° bis 50° C oberhalb von Ac3 und bei übereutektoiden Werkstoffen ca. 30° bis 50° C über Ac1. Die Haltezeit auf Härtetemperatur beträgt ca. 20 + (D(mm) / 2) Minuten (n. Ruhfus). Hierbei wird in der Regel ein martensitisches Gefüge, bei manchen Werkstoffen auch Zwischenstufe oder ein Gemisch aus Martensit und Zwischenstufe, erzeugt. Diese Gefüge haben eine höchstmögliche Härte. Als Abschreckmedium kommen je nach Werkstoff entweder Wasser, Öl oder Luft in Betracht. Im Allgemeinen werden Stähle mit wenig Kohlenstoff und niedrigem Legierungsanteil schroffer abgekühlt als Stähle mit mehr Kohlenstoff und höherem Anteil an Legierungselementen.
5. Anlassen
Der Anlassvorgang findet bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und unterhalb Ac1 statt. Für Vergütungsstähle im niedrig bis mittelstark legierten Bereich werden Temperaturen von 400° bis 680° C angewandt. Je nach verlangten mechanischen Eigenschaften wird auf dieser Temperatur unterschiedlich lange gehalten und im allgemeinen an Luft abgekühlt. Eine Faustregel für die Anlasszeit lautet ca. 2 mal Haltezeit des Material auf Austenitisierungstemperatur beim Härten.
6. Vergüten
Vergüten ist eine Kombination aus Härten und Anlassen. Mit dieser Wärmebehandlung soll das Material in einen Zustand mit hohen Zähigkeitseigenschaften bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit bzw. Härte versetzt werden. Soll Material vergütet werden so ist ein möglichst kurzfristiges Anlassen nach dem Härten vorzuziehen um eine eventuelle Rissbildung, hervorgerufen durch innere Spannungen, zu vermeiden.
7. Entspannen
Das Entspannen oder Spannungsfreiglühen dient dem Abbau von Spannungen im Material. Diese Spannungen können bei Temperaturen unterhalb Ac1 (ca. 650° - 680° C) abgebaut werden. Eine Gefügeumwandlung findet dabei nicht statt. Je nach Temperatur und Haltezeit ist eine geringe Einformwirkung im Gefüge festzustellen. Bei niedrigen Temperaturen muss die Glühzeit verlängert werden. Die Abkühlung sollte langsam und geregelt erfolgen um eine erneute Spannungsbildung zu vermeiden. Wenn vergütetes Material entspannt werden soll, so muss die Temperatur zum entspannen unter der letzten Anlasstemperatur liegen um eine Beeinträchtigung der Festigkeit zu verhindern.
8. Lösungsglühen
Lösungsglühen ist ein Wärmebehandlungsprozess der bei austenitischen Güten Anwendung findet. Das Material wird bei Temperaturen von ca. 1000° bis 1100° C einige Stunden auf Temperatur gehalten und anschließend in Wasser abgeschreckt. Eventuell im Austenit vorhandene Karbidausscheidungen oder Delta-Ferrit werden so in Lösung gebracht und die Wasserabschreckung verhindert erneute Ausscheidungen. Das nach der Warmumformung meist feine Austenitkorn vergröbert sich dabei mehr oder weniger stark. Zu lange Haltezeit und zu hohe Temperaturen begünstigen das Kornwachstum negativ und es kann schnell zur Grobkornbildung kommen.
9. Rekristallisationsglühen
Eine Rekristallisationsglühung wird vorgenommen wenn das Material kaltverformt wurde. Die dabei aufgetretenen Eigenschaftsänderungen, wie zum Beispiel Verfestigung, können mit dieser Wärmebehandlung beseitigt werden. Mit zunehmender Kaltumformung steigt die Festigkeit an, bei gleichzeitiger Abnahme von Dehnung und Zähigkeit. Ist das Material an seiner Umformgrenze angelangt, muss durch eine Rekristallisation eine Kornneubildung vorgenommen werden. Bei der Rekristallisationsglühung findet keine Neubildung der Gefügezusammensetzung statt. Die Neigung zur Kornneubildung ist um so größer je größer der Umformgrad ist. Bei hohen Umformgraden ist auch eine niedrigere Glühtemperatur ausreichend. Bei steigenden Umformgraden und sinkender Rekristallisationstemperatur nimmt die Korngröße der neugebildeten Körner ab, zum Teil sogar unter die Ursprungskorngröße. Bei Profilen örtlich mit unterschiedlichen Verformungen können manchmal Probleme bei der Kornneubildung entstehen, da durch die unterschiedliche Verfestigung keine einheitliche Korngröße entsteht.
10. Einsatzhärten
Beim Einsatzhärten wird dem eigentlichen Härteprozess eine Aufkohlung des Materials vorausgeschickt. Als Werkstoffe kommen Stähle mit Kohlenstoffgehalten unterhalb von 0,25 % in Frage. Es gibt unlegierte und legierte Einsatzstähle. Die bei der Einsatzhärtung erreichten Oberflächenhärten sind bei allen Einsatzstählen nahezu gleich. Unterschiede gibt es jedoch in der erzeugten Kernhärte, da die Werkstoffe unterschiedliche Härteannahmen außerhalb der aufgekohlten Bereiche entwickeln. Als Aufkohlungsmittel kommen gasförmige, feste und flüssige Mittel zum Einsatz. Als feste Aufkohlungsmittel werden meist aus Holzkohle und Bariumkarbonat. In Kästen werden die Werkstücke so in dem Einbettpulver eingelegt das sie allseitig mindestens 2 bis 3 cm bedeckt sind. Die Behälter sind gut zu verschließen um ein entweichen der Aufkohlungsgase zu minimieren. Flüssige Aufkohlungsmittel gibt es Form von Salzbädern die auf Aufkohlungstemperatur geschmolzen werden. Die Werkstücke werden direkt in die Salzschmelze eingehängt und erreichen dadurch schnell dir Aufkohlungstemperatur. Das Verfahren der Aufkohlung mit gasförmigen Stoffen hat sich vor allem in der automatischen Massenfertigung immer mehr durchgesetzt und ist das Standartverfahren bei Durchlauföfen. Die Temperaturen für den Aufkohlungsprozess liegen zwischen 900° und 950° C. Das aufgekohlte Material kann anschließend direkt aus der Aufkohlungshitze oder nach einer erneuten Erwärmung auf Härtetemperatur abgeschreckt und damit gehärtet werden. Unlegierte Stähle werden vorwiegend aus dem unteren Temperaturbereich in Wasser abgeschreckt während legierte Einsatzstähle aus dem oberen Temperaturbereich in Öl abgeschreckt werden. Einsatzhärtetiefe ist die Zone gemessen von der Oberfläche bis zu dem Punkt an dem eine zuvor festgelegte Härte noch erreicht wird. Aufkohlungstiefen liegen zwischen 1 und 2 mm.
11. Nitrieren
Unter Nitrieren wird der Vorgang des Glühens in stickstoffabgebenden Mittel verstanden. Es kommen gasförmige und flüssige Aufstickungsverfahren zum Einsatz. Zweck dieser Wärmebehandlung ist eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Härte der Oberfläche. Die Nitriertemperatur liegt bei ca. 520° C. Nach Beendigung der Nitrierzeit wird das Material in Wasser abgeschreckt um den Stickstoff in Lösung zu halten. Wird vergütetes Material nitriert so muss darauf geachtet werden das die Nitriertemperatur unter der Anlasstemperatur liegt um eine erneute Anlasswirkung, welche eine Abnahme der Kernfestigkeit zur Folge hätte, zu verhindern. Nitriertiefe ist die Zone gemessen von der Oberfläche bis zu dem Punkt an dem eine zuvor festgelegte Härte noch erreicht wird. Die Tiefe von Nitrierzonen liegt bei 0,2 bis 0,4 mm.
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