Metallurgie des Stahls: Produktion, Gussverfahren und Wärmebehandlungen

Der Lichtbogenofen: Aufbau und Funktion

Der Ofen besteht aus einem Stahlbehälter, der außen durch einen Wasserkreislauf gekühlt wird und innen keramisch ausgekleidet ist. Bei der Beschickung des Ofens werden Gusseisen, Schrott und Kalk eingeführt. Da Gusseisen und Schrott elektrisch leitend sind, erhalten sie elektrische Schläge in Form von Lichtbögen von Volta-Elektroden, wodurch die Temperatur zunimmt. Sobald die Zusammensetzung des Stahls innerhalb der gewünschten Grenzwerte liegt, wird der flüssige Stahl in geeignete Behälter oder Formen gegossen. Der Ofen bietet eine sehr genaue Kontrolle der Temperatur und der Zusammensetzung des Stahls.

Vermarktung und Formgebung von Stählen

Beim Verlassen des Konverters oder Ofens befinden sich die Stähle in flüssiger Phase. Um sie in Verkehr bringen zu können, müssen sie verfestigt und in eine geeignete Form gebracht werden. Es gibt zwei Hauptmethoden:

1. Gießen in eine Form und anschließendes Abkühlen (Blockguss).
2. Gießen in Stranggussanlagen, wo die Form einen rechteckigen Querschnitt erhält (Strangguss).

Wärmebehandlungen von Stahl

Die Wärmebehandlung besteht in der Unterwerfung des Stahls unter eine kontrollierte Temperaturänderung, um die Eigenschaften durch Variation der Anteile der Gefügebestandteile zu verändern. Gebräuchliche Wärmebehandlungen sind: das Härten, das Anlassen, das Glühen und das Normalisieren.

Das Härten: Erhöhung der Härte und Festigkeit

Das Härten wird angewandt, wenn ein Stahl mit hoher Härte und mechanischer Festigkeit erzielt werden soll. Dabei wird ein Stahl mit einem großen Anteil an Martensit erzeugt. Martensit entsteht durch die schnelle Abkühlung von Austenit. Die Behandlung besteht aus:

1. Erhitzen des Stahls: Bis das Gefüge vollständig in Austenit umgewandelt ist. Basierend auf dem Anteil von Kohlenstoff muss die zu erreichende Temperatur höher oder niedriger sein.
2. Schnelle Abkühlung: Um sicherzustellen, dass der Austenit in Martensit umwandelt. Für jeden Stahl gibt es eine minimale Abkühlgeschwindigkeit.

Das Normalisieren (Normalglühen)

Das Normalisieren (Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur und anschließendes Kühlen an Luft) gilt nur für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, nachdem sie kalt oder warm verformt wurden. Ziel ist es, die durch die Verformung verursachten inneren Spannungen zu beseitigen und die ursprünglichen Eigenschaften wiederherzustellen.

Das Anlassen (Revingut): Zähigkeitssteigerung

Das Anlassen ist ein Verfahren zur Erhöhung der Zähigkeit von Stählen, die zuvor gehärtet wurden, und zur Linderung der inneren Spannungen. Das Anlassen besteht aus einem Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur (unter 723 °C) und anschließender Luftkühlung, um eine höhere Festigkeit zu erzielen und innere Spannungen zu reduzieren.

Das Glühen: Reduzierung der Härte und Steigerung der Plastizität

Das Glühen wird verwendet, um die Härte zu verringern und die Plastizität des Stahls zu erhöhen, bevor er verformt und leicht bearbeitet werden kann. Es besteht aus einem Erhitzen auf hohe Temperatur und anschließender langsamer Abkühlung. Die maximale Behandlungstemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit definieren die Art des Glühens:

• Regenerationsglühen: Für Stähle mit Kohlenstoffgehalt > 0,6 %.
• Weichglühen (Kugelglühen): Für Stähle und Legierungen.
• Glühen zur Erweichung: Wird für hochfeste Stähle verwendet.
• Glühen zur Beseitigung der Sprödigkeit (Spannungsarmglühen): Zur Entfernung der Sprödigkeit, die durch Kaltumformungsverfahren entsteht.