mini|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. Wärmebehandlungen werden vor allem für Metalle angewandt, in einem geringeren Temperaturbereich aber auch für Kunststoffe. Keramiken werden üblicherweise gesintert oder beim Aufbringen von Glasuren "gebrannt".

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

Verfahren mini|Kammerofen für die Wärmebehandlung 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. Das Verfahren zählt daher zur Hauptgruppe Stoffeigenschaften ändern, wie es in der DIN 8580 für die Fertigungstechnik festlegt ist. 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, wie es etwa beim Tempern oft der Fall ist.

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.

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. Die zweitgenannten Verfahren zählen zu den Diffusions- und Beschichtungsverfahren bzw. meist zu den thermochemischen Verfahren.

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

Fertigungsorientierte Verfahren mini|Anlassfarben auf Stahl

Tempern – Üblich bei Glas und Kunststoff Anlassen – Baut innere Spannungen im Metall ab Ausheizen – Entfernt Verunreinigungen und unerwünschte absorbierte Stoffe von Oberflächen

Beanspruchungsorientierte Verfahren Thermomechanische Wärmebehandlung Härten Schutzgashärten – Härten von Stahlwerkstücken unter Schutzgasatmosphäre, um Oberflächenoxidation und Verzunderung zu vermeiden Randschichthärten – Gefügeumwandlung an der Oberfläche Ausscheidungshärten – Thermische Entmischung Dispersionshärtung Vergüten – Kombination aus Härten und Anlassen Lösungsglühen – gleichmäßige Verteilung von Fremdatomen im Metallgitter Bainitisieren – Erzwingen des Bainit Gefüges im Stahl Perlitisieren – Erzwingen des Perlit Gefüges im Stahl

Thermochemische Wärmebehandlung Aufkohlen – Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes bei Stählen Aluminieren – Einbringen von Aluminium Borieren – Einbringen von Bor Carbonitrieren Nitrieren Nitrocarburieren Oxidieren Silicieren Vanadieren

Thermomagnetische Wärmebehandlung

Magnetfeldglühen

Praxis und Wirtschaftlichkeit mini|Computergesteuerter Ofen zum Nitrieren und Aufkohlen von Stahl Es können eine Vielzahl an Werkstoffen speziell zur Erhöhung der Festigkeit wärmebehandelt werden, beispielsweise bestimmte Legierungen des Aluminiums, 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 notwendig.

Um qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten, sind effiziente Öfen und Prozessschritte notwendig, auch um möglichst energie- und damit kostensparend zu arbeiten. Dies beinhaltet den sinnvollen Einsatz von Steuer- und Regelungselementen, Heiztechnologie und eine abgestimmte Kombination verschiedener Feuerfestprodukte wie Feuerleichtsteine und Hochtemperaturwolle/Keramikfaser-Produkte.

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

Literatur

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

Weblinks

Einzelnachweise

Kategorie:Stoffeigenschaften änderndes Fertigungsverfahren