Stahl-Wärmebehandlung: Verfahren, Phasen und Klassifizierung

Stahl-Wärmebehandlung: Grundlagen und Verfahren

Die Stahl-Wärmebehandlung umfasst gezielte Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse, um die Eigenschaften und Merkmale von Stahl optimal an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.

Entwicklung der Wärmebehandlung

Der Prozess gliedert sich in drei wesentliche Phasen:

• 1. Erwärmung auf die Soll-Temperatur: Der Temperaturanstieg sollte gleichmäßig erfolgen. Bei großen Werkstücken empfiehlt sich eine langsame Erwärmung oder ein Haltepunkt bei mittleren Temperaturen, bevor die kritischen Punkte überschritten werden.
• 2. Permanenz (Haltezeit): Ziel ist die vollständige strukturelle Umwandlung. Als Faustregel gilt eine Haltezeit von etwa zwei Minuten pro Zentimeter Dicke, um eine vollständige Austenitisierung zu erreichen. Vorsicht: Zu lange Haltezeiten bei hohen Temperaturen führen zu einem unerwünschten Kornwachstum, was das Material spröde macht.
• 3. Abkühlung: Die Abkühlung von der Soll-Temperatur auf Raumtemperatur muss sorgfältig und je nach Behandlungsart gesteuert werden.

Klassifizierung der Wärmebehandlungen

1. Massebehandlungen: Glühen, Normalisieren und Vergüten.
2. Oberflächenbehandlungen: Oberflächenhärten und thermochemische Verfahren (Aufkohlen, Carbonitrieren, Nitrieren und Borieren).
3. Beschichtungen: Oberflächenveredelungen durch Einlagen.

Häufig verwendete Behandlungsverfahren

A) Normalisieren

Der Stahl wird auf eine Temperatur ca. 50 °C über dem kritischen Punkt erhitzt und anschließend an der Luft abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeit liegt zwischen der beim Härten und der beim Glühen. Diese Behandlung dient der Verfeinerung und Homogenisierung der Struktur und wird typischerweise bei Baustählen mit 0,15 % bis 0,60 % Kohlenstoffgehalt angewendet.

B) Glühen

Unter dem Begriff Glühen werden verschiedene Verfahren zusammengefasst, deren Hauptziel es ist, den Stahl für die spanende Bearbeitung zu erleichtern, das Korn zu regenerieren oder innere Spannungen abzubauen. Da geglühter Stahl oft noch nicht die finalen Gebrauchseigenschaften besitzt, wird er meist einer weiteren „Qualitäts-Wärmebehandlung“ unterzogen. Zu den Verfahren zählen unter anderem: Regenerationsglühen, Weichglühen, Spannungsarmglühen, Homogenisierungsglühen und isothermes Glühen.

C) Härten (Vergüten)

Das Härten ist ein Prozess, bei dem der Stahl auf Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die mindestens der „kritischen Abkühlgeschwindigkeit“ entspricht. Ziel ist es, die Härte und mechanische Festigkeit zu erhöhen, indem das Gefüge in Martensit umgewandelt wird.