Formenherstellungsprozess – Wärmebehandlung der Teile

(1) Was ist eine Wärmebehandlung?

Die Wärmebehandlung ist ein Verfahren zur thermischen Bearbeitung von Metallen, bei dem die chemische Zusammensetzung und Struktur der Oberfläche oder des Inneren eines Werkstoffs durch Erhitzen, Warmhalten und Abkühlen im festen Zustand verändert wird, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Die Wärmebehandlung umfasst im Allgemeinen drei Prozesse: Erhitzen, Warmhalten und Abkühlen, manchmal aber auch nur zwei: Erhitzen und Abkühlen.

(2) Um welche Art von Wärmebehandlung handelt es sich?

• Wasserlöschen

Es handelt sich um ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem Eisen auf eine Rotglut von 800 °C bis 850 °C erhitzt, kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und anschließend zur schnellen Abkühlung in Wasser oder Öl getaucht wird. In der JIS-Symboltabelle wird dies mit HQ bezeichnet. Nach diesem Prozess wird der Stahl sehr hart. Allerdings besteht auch die Gefahr der Sprödigkeit. Daher ist nach dem Abschrecken ein Anlassen erforderlich. Beim Abkühlen während des Abschreckens können die Teile aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion des Gefüges reißen und sich verformen. Daher ist Vorsicht geboten. Da die Teile beim Abschrecken sehr hart werden, wird das Abschrecken üblicherweise nach dem Schneiden und anderen Bearbeitungsschritten, also als letzter Arbeitsschritt, durchgeführt.

• Härten

Dies ist ein Verfahren, bei dem ein abgeschrecktes Bauteil erneut erhitzt und abgekühlt wird. Es wird durch das JIS-Symbol HT gekennzeichnet. Beim Anlassen verringert sich die Härte des Bauteils geringfügig, die Sprödigkeit wird jedoch beseitigt, und Härte und Zähigkeit werden gleichzeitig erzielt. Anlassen kann auch dazu dienen, innere Spannungen (z. B. Spannungen im Bauteil aufgrund ungleichmäßiger Schwindung) abzubauen, die beim schnellen Abkühlen entstehen. Man unterscheidet zwischen Niedertemperatur- und Hochtemperaturanlassen. Beim Niedertemperaturanlassen wird die Temperatur eine Stunde lang bei 150 °C bis 200 °C gehalten und anschließend an der Luft abgekühlt. Beim Hochtemperaturanlassen hingegen wird das Bauteil auf 550 °C bis 650 °C erhitzt, etwa eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten und anschließend schnell abgekühlt.

• Glühen

Glühen ist das Gegenteil von Abschrecken und dient dazu, Stahl weicher zu machen, um seine Weiterverarbeitung zu erleichtern oder ein durch die Bearbeitung gehärtetes Gefüge aufzuweichen. Es dient dazu, das Gefüge im Inneren des Bauteils durch Erhitzen zu homogenisieren und scharfkantige Strukturen zu glätten. Es gibt verschiedene Glühverfahren. Je nach Glühart und Stahlgefüge liegt der erforderliche Temperaturbereich zwischen 550 °C und 950 °C. In allen Fällen erfolgt das Erhitzen und die Wärmespeicherung für eine Stunde, anschließend wird der Stahl im Ofen langsam abgekühlt.

• Normalisierung

Normalisieren dient hauptsächlich dazu, die bei der Stahlherstellung entstehende ungleichmäßige Eisenstruktur zu vereinheitlichen und sie für die nachfolgende Bearbeitung und das Stanzen vorzubereiten. In der JIS-Symboltabelle wird dies mit HNR gekennzeichnet. Dabei wird das Eisen auf etwa 800 °C bis 900 °C erhitzt und anschließend an der Luft abgekühlt.

(3) Wann müssen die Teile einer Wärmebehandlung unterzogen werden?

• die Schwierigkeit der Verarbeitung verringern
• die Gesamtleistung der Bauteile (insbesondere die mechanischen Eigenschaften) verbessern
• Verbesserung der Stoßfestigkeit von Bauteilen (Verschleißfestigkeit und Härte).
• eine große Anzahl von Schweißnähten an wichtigen Bauteilen