Wärmebehandlung

Wärmebehandlung

Verfahren oder Kombination mehrerer Verfahren, bei denen metallische Werkstücke im festen Zustand, zeitlich begrenzt, definierten Temperaturänderungen unterworfen werden, um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu erzielen, wie das Abbauen von Spannungen und die Veränderung von Festigkeits- und Härtewerten. Dabei können das Werkstück umgebende Mittel auch Änderungen der chemischen Zusammensetzung, beispielsweise durch Ent- und Aufkohlung, herbeiführen.

Eine Warmverformung oder mit Erwärmung verbundenes Verfahren des Oberflächenschutzes fallen nicht unter den Begriff „Wärmebehandlung“.

Wärmebehandlungen werden durch folgende grundlegenden Vorgänge beschrieben:

  • Erwärmen, Halten und Abkühlen oder Abschrecken der Teile,
  • Verlauf der Temperaturführung innerhalb der Umwandlungsbereiche und -punkte der Legierungen,
  • Umgebungsbedingungen während der Behandlung, wie des Einsatzes von Gasen, Hilfsstoffen,
  • Umgebungsdruck während der Behandlung, wie technisches Vakuum oder atmosphärische Bedingungen.

Bild 1 zeigt hierzu die Temperaturbereiche der wichtigsten Wärmebehandlungen von Stahl, Bild 2 zeigt Temperatur-Zeit- Kurven für die hauptsächlichsten Wärmebehandlungen von Gusseisen, (ZTU-Schaubild).

Die Temperaturänderung erfolgt im Prinzip dadurch, dass ein metallisches Werkstück oder Gussstück auf eine bestimmte Temperatur gebracht und bei dieser Temperatur gehalten wird. Dieser Vorgang wird Glühen genannt. Die Wärmebehandlung schließt aber auch definierte Bedingungen für die Wiederabkühlung nach dem Glühen mit ein. Diese Abkühlung kann sehr langsam, zum Beispiel im Ofen, oder auch sehr rasch, zum Beispiel durch Abschrecken, erfolgen.

Im Allgemeinen hat das Glühen die Aufgabe, innere Spannungen zu beseitigen, sofern danach langsam abgekühlt und abgeschreckt wird, außerdem kann durch das Glühen, je nach Zustandsschaubild des betreffenden Werkstoffes, eine Neubildung, Homogenisierung oder Umwandlung des Gefüges beabsichtigt sein. Phasen, die nur im Glühtemperaturbereich auftreten, lassen sich mitunter durch Abschrecken auch bei Raumtemperatur fixieren.


Im Einzelnen sei verwiesen auf: Normalglühen, Umwandlungsglühen, Weichglühen, Spannungsarmglühen, Lösungsglühen, Diffusionsglühen, Graphitisierungsglühen, Carbidzerfallsglühen, Perlitglühen, Lösungsglühen, Homogenisierungsglühen, Grobkornglühen, Rekristallisationsglühen und Blankglühen.

Das Härten der metallischen Werkstücke kann nach zwei Verfahrensprinzipien erfolgen:

  • durch Aussscheidungsvorgänge im Gefüge, auch Ausscheidungshärtung oder kurz Aushärtung genannt, oder
  • durch Umwandlungsvorgänge, wie sie bei bestimmten Werkstoffen, wie Eisen und Stahl durch Abschrecken zustande kommen und als Umwandlungshärtung bezeichnet werden.

Härten mit anschließendem Anlassen zur Erzielung ausreichender Zähigkeit bei bestimmter Zugfestigkeit wird als Vergüten bezeichnet.

Zu den besonderen Härteverfahren gehören: Warmbadhärten, Einsatzhärten, Nitrierhärten und Tauchhärten, sowie das Randschichtenhärten mittels der thermischen Verfahren wie Flammhärten, Induktionshärten, Laserhärtung, Elektronenstrahl-Schmelzhärtung und der thermochemischen Verfahren Nitrieren, Borieren,  Chromieren. Wärmebehandelt werden insbesondere Stähle und Gusseisenlegierungen, Al-Legierungen, Cu-Legierungen, Ti-Legierungen sowie Ni- und Co-Superlegierungen.

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