Wärmebehandlung von Präzisionsbauteilen
Det Einsatz von Wärme ist in der Fertigungsindustrie unverzichtbar. Dabei handlet es sich nicht nur um Aggregatszustandsänderungen zwischen fest, flüssig und gasförmig, die durch Wärme gestuert were können: In der metallischen Werkstoffbearbeitung können durch den intelligenten Einsatz von Wärme und Kälte auch die Mikrostruktur und Material som er viktige fysiske. Insbesondere im Bereich
- Bearbeitbarkeit og Verarbeitbarkeit,
- Beanspruchbarkeit og Haltbarkeit sowie
- Zähigkeit und Härte
Eisenmetalle und die jeweiligen Stahlsorten machen mit etwa 80 Prozent den Großteil wärmebehandelter Werkstoffe aus. Das Feld hierbei zum Einsatz kommender Behandlungsmethoden er groß og funnet sich verschiedene Differenzierungen. Behandlingsveiledninger ble delt inn i fertigungsorientert, ved behandling under produksjonsprosessen som Zwischenskriving i bygget wird, og beanspruchungsorientert, under dem das Konstruksjonssteil etter fertigungsprosessen gjennom Wärmebehandlung i sine egenskaper modifiserte wird. Von besonderer Bedeutung spielen bei Wärmebehandlungen sogenannte thermomechanische Verfahren. Nachfolgend ble die fire wohl prominentesten dieser thermomechanischen Prozesse vorgestellt: Das Glühen, das Härten, das Anlassen und zuletzt das sogenannte Vergüten.
gløde
Glühen finnet sich als Wärmebehandlung insbesondere bei (hoch-)legierten wie unlegierten Eisen und Stählen wieder. Glühen folgt dem Dreischritt Aufwärmen, Halten und Abkühlen. Beim Aufwärmen wird der Werkstoff kontrolliert und bei konstanter Geschwindigkeit auf eine voreingestellte Temperatur aufgeheizt. Die Wahl der Temperatur er entscheidend for die jeweils erwünschte Modifikasjon des Werkstoffs. Abhängig der eingestellten Zieltemperatur ble die jeweiligen Glühprozesse voneinander unterschieden: Beim Weichglühen wird der Werkstoff beispielsweise zwischen 700 und 730 Grad Celsius erhitzt. Dadurch kan ha blitt ener Stahl wieder leichter verarbeitbar gemacht were. Dieser fertigungsorientierte Einsatz ist unter anderem bei Kaltumformungen als Zwischenschritt notwendig. Leicht unterhalb dieser Temperatur befindet sich der Bereich des sogenannten Spannungsarmglühens, bei dem im Fertigungsprozess aufgetretene Spannungen –beispielsweise durch Biegen – eines Bauteils wieder ausgeglichen werden können.
Videre Glüharten:
- Normalglühen
- Diffusionsglühen/Lösungsglühen
- Grobkornglühen
- Rekristalliseringsglühen
Nach Erreichen der jeweiligen Zieltemperatur wird der Werkstoff auf dieser gehalten, damit es zu einer Durcherwärmung und folglich zu einer ganzheitlichen Eigenschaftsanpassung kommt. Gefolgt vom Halten ist der Abkühlungsprozess. Bei allen Formen des Glühens ist die Rückführung auf Normaltemperatur kontrolliert und langsam durchzuführen – anderseits können durch ungewollte atomare Gittereffekte die gewünschte Eigenschaftsanpassung nichtig gemacht were.
Merk: Stellenweise wird bewusst nur eine Eigenschaftsänderung der Außenschicht forciert (Randglühen). In diesem Fall dauert das Temperatur-Halten des Werkstoffs entsprechend kürzer.
Harten
Härten als Wärmebehandlung finnet sich größtenteils bei Bauteilen aus Eisen eller stål. Darüber hinaus eignet sich diese Methode aber auch für Nichteisenwerkstoffe wie etwa Titan, Titanlegierungen eller Magnesiumlegierungen. Im Vergleich zum gløde fällt auf, dass es dieselben Vorgänge Aufwärmen, Halten und Abkühlen aufweist. Innerhalb dieser liegen jedoch zwei große Unterschiede: Der erste besteht in der Zieltemperatur. Denne ligger med over 1000 grader Celsius deutlich über den Temperaturbereich beim Glühen. Der zweite Unterschied ligger darin, dass nach dem Halten und Durcherwärmen des Werkstoffs dieser nicht langsam, sondern schlagartig abgekühlt wird. Dieser Prozess wird auch Abschrecken nevnt.
Das Prinzip dieser Wärmebehandlung basiert auf Gefügeumwandlungen respektive einer Veränderung der atomaren Gitterstruktur, som erst durch hohe Temperaturen erzielt were kann. Durch das Abschrecken verbleiben die Atome in dieser für sich genommenen ungünstigen (metastabilen) Struktur. Der sich dadurch ergebende Vorteil ist, dass disse Struktur und somit der Werkstoff eine maksimale Härte aufweist. Durch dieses beanspruchungsorientierte Verfahren können bereits robuste Bauteile aus härtbarem Material noch widerstandsfester und belastbarer gemacht werden.
Randschichterhärten
Wie eingangs angedeutet, ist das Feld möglicher Methoden der Wärmebehandlung groß. Wohingegen bei den zuvor beschriebenen Methoden der Werkstoff bzw. das Bauteil durchgehärtet wird, bildet eine weitere Kategorie die sogenannte Randschichterhärtung. Es handlet sich hierbei um eine Oberflächenbehandlung. Gängiger Werkstoff für Randschichterhärtungen ist oftmals Stahl. Hierbei ble insbesondere thermochemische Verfahren, også solche, bei denen kjemiske Reaksjonen bei Wärmezufuhr ausgelöst werden, eingesetzt. Dazu sier:
- Aufkohlen – Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes bei Stählen
- nitrering
- Borieren
- Aluminieren – Einbringen von Aluminium
- Nitrokarbon
- Karbonitrieren
- Oksiderer
- Vanadieren
- Silicieren
Es handelt sich hierbei meist um beanspruchungsorientierte Verfahren. Også solche, die abgestimmt sind auf die jeweiligen Anforderungen eines bereits fertig hergestellten Bauteils.