Was ist Wärmebehandlung? - Verfahren und Methoden

Was ist Wärmebehandlung?

Wärmebehandlung ist der Prozess des Erhitzens und Abkühlens von Metallen unter Verwendung bestimmter vorgegebener Methoden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Sowohl Eisen- als auch Nichteisenmetalle werden vor ihrer Verwendung einer Wärmebehandlung unterzogen.

Im Laufe der Zeit wurden viele verschiedene Methoden entwickelt. Auch heute arbeiten Metallurgen ständig daran, die Ergebnisse und die Kosteneffizienz dieser Prozesse zu verbessern. Dafür entwickeln sie neue Pläne oder Zyklen, um eine Vielzahl von Qualitäten zu produzieren. Jeder Zeitplan bezieht sich auf eine andere Erwärmungs-, Halte- und Abkühlungsrate des Metalls.

Wenn diese Methoden sorgfältig befolgt werden, können Metalle unterschiedlicher Standards mit bemerkenswert spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften hergestellt werden.

Die Vorteile der Wärmebehandlung

Es gibt verschiedene Gründe für die Durchführung einer Wärmebehandlung. Manche Verfahren machen das Metall weich, andere erhöhen die Härte. Sie können auch die elektrische und Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien beeinflussen.

Einige Wärmebehandlungsverfahren bauen Spannungen ab, die in früheren Kaltbearbeitungsprozessen induziert wurden. Andere entwickeln wünschenswerte chemische Eigenschaften für Metalle. Die Wahl des perfekten Verfahrens hängt wirklich von der Art des Metalls und den erforderlichen Eigenschaften ab.

In einigen Fällen kann ein Metallteil mehrere Wärmebehandlungsverfahren durchlaufen. Beispielsweise können einige Superlegierungen, die in der Flugzeugindustrie verwendet werden, bis zu sechs verschiedenen Wärmebehandlungsschritten unterzogen werden, um sie für die Anwendung zu optimieren.

Prozessschritte der Wärmebehandlung

Einfach ausgedrückt ist die Wärmebehandlung der Prozess, bei dem das Metall erhitzt, auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder abgekühlt wird. Während des Prozesses wird das Metallteil in seinen mechanischen Eigenschaften verändert. Denn die hohe Temperatur verändert die Mikrostruktur des Metalls. Und die Mikrostruktur spielt eine wichtige Rolle bei den mechanischen Eigenschaften eines Materials.

Das Endergebnis hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören die Erwärmungszeit, die Zeit, in der das Metallteil auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, die Abkühlgeschwindigkeit, die Umgebungsbedingungen usw. Die Parameter hängen von der Wärmebehandlungsmethode, der Art des Metalls und der Größe des Teils ab.

Im Laufe dieses Prozesses verändern sich die Eigenschaften des Metalls. Zu diesen Eigenschaften gehören elektrischer Widerstand, Magnetismus, Härte, Zähigkeit, Duktilität, Sprödigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

1. Heizung

Wie bereits erwähnt, verändert sich die Mikrostruktur von Legierungen während der Wärmebehandlung. Die Erwärmung erfolgt nach einem vorgegebenen thermischen Profil.

Eine Legierung kann beim Erhitzen in einem von drei verschiedenen Zuständen vorliegen. Es kann sich entweder um eine mechanische Mischung, eine feste Lösung oder eine Kombination aus beidem handeln.

Eine mechanische Mischung ist analog zu einer Betonmischung, bei der Zement Sand und Kies miteinander verbindet. Sand und Kies sind noch als separate Partikel sichtbar. Bei Metalllegierungen wird die mechanische Mischung durch das Grundmetall zusammengehalten.

Andererseits werden in einer festen Lösung alle Komponenten homogen gemischt. Das bedeutet, dass sie auch unter dem Mikroskop nicht einzeln identifiziert werden können.

Jeder Zustand bringt unterschiedliche Qualitäten mit. Es ist möglich, den Zustand durch Erhitzen gemäß dem Phasendiagramm zu ändern. Die Kühlung bestimmt jedoch das Endergebnis. Je nach Methode kann es vorkommen, dass die Legierung in einen der drei Zustände gerät.

2. Halten

Während der Halte- oder Einweichphase wird das Metall auf der erreichten Temperatur gehalten. Die Dauer hängt von den Anforderungen ab.

So erfordert beispielsweise das Einsatzhärten nur strukturelle Veränderungen an der Oberfläche des Metalls, um die Oberflächenhärte zu erhöhen. Gleichzeitig benötigen andere Verfahren einheitliche Eigenschaften. In diesem Fall ist die Haltedauer länger.

Die Einweichzeit hängt auch von der Materialart und der Teilegröße ab. Größere Teile brauchen mehr Zeit, wenn einheitliche Eigenschaften das Ziel sind. Es dauert nur länger, bis der Kern eines großen Teils die erforderliche Temperatur erreicht.

3. Kühlung

Nachdem die Durchwärmphase abgeschlossen ist, muss das Metall auf vorgeschriebene Weise gekühlt werden. Auch in dieser Phase treten strukturelle Veränderungen auf. Eine feste Lösung kann beim Abkühlen unverändert bleiben, abhängig von verschiedenen Faktoren ganz oder teilweise zu einer mechanischen Mischung werden.

Unterschiedliche Medien wie Sole, Wasser, Öl oder Umluft steuern die Abkühlgeschwindigkeit. Die Reihenfolge der oben genannten Kühlmedien ist in absteigender Reihenfolge der effektiven Kühlrate. Sole absorbiert Wärme am schnellsten, während Luft am langsamsten ist.

Es ist auch möglich, Öfen im Kühlprozess zu verwenden. Die kontrollierte Umgebung ermöglicht eine hohe Präzision, wenn eine langsame Abkühlung erforderlich ist.

Wärmebehandlungsmethoden

Es gibt eine ganze Reihe von Wärmebehandlungstechniken, aus denen Sie wählen können. Jeder von ihnen bringt gewisse Qualitäten mit.

Zu den gebräuchlichsten Wärmebehandlungsmethoden gehören:

• Glühen
• Normalisierung
• Härtung
• Alterung
• Stressabbau
• Tempern
• Aufkohlung

1. Glühen

Beim Glühen wird das Metall über die obere kritische Temperatur hinaus erhitzt und dann langsam abgekühlt.

Das Glühen wird durchgeführt, um das Metall zu erweichen. Dadurch eignet sich das Metall besser zum Kaltumformen und Umformen. Es verbessert auch die Bearbeitbarkeit, Duktilität und Zähigkeit des Metalls.

Das Glühen ist auch nützlich, um Spannungen in dem Teil abzubauen, die durch vorherige Kaltbearbeitungsprozesse verursacht wurden. Die vorhandenen plastischen Verformungen werden während der Rekristallisation entfernt, wenn die Metalltemperatur die obere kritische Temperatur überschreitet.

Metalle können einer Vielzahl von Glühtechniken unterzogen werden, z. B. Rekristallisationsglühen, Vollglühen, Teilglühen und Endglühen.

2. Normalisierung

Normalisieren ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das zum Abbau innerer Spannungen verwendet wird, die durch Verfahren wie Schweißen, Gießen oder Abschrecken verursacht werden.

Dabei wird das Metall auf eine Temperatur erhitzt, die 40° C über seiner oberen kritischen Temperatur liegt.

Diese Temperatur ist höher als die zum Härten oder Anlassen verwendete. Nachdem es für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten wurde, wird es an der Luft abgekühlt. Das Normalisieren erzeugt eine einheitliche Korngröße und -zusammensetzung im gesamten Teil.

Normalisierte Stähle sind härter und fester als geglühter Stahl. Tatsächlich ist Stahl in seiner normalisierten Form zäher als in jedem anderen Zustand. Aus diesem Grund werden Teile, die Schlagfestigkeit erfordern oder massive äußere Belastungen aushalten müssen, fast immer normalisiert.

3. Härtung

Das Härten ist das häufigste Wärmebehandlungsverfahren überhaupt, um die Härte eines Metalls zu erhöhen. In einigen Fällen kann nur die Oberfläche gehärtet werden.

Ein Werkstück wird gehärtet, indem es auf die angegebene Temperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt wird, indem es in ein Kühlmedium getaucht wird. Öl, Sole oder Wasser können verwendet werden. Das resultierende Teil wird eine erhöhte Härte und Festigkeit aufweisen, aber gleichzeitig nimmt auch die Sprödigkeit zu.

Einsatzhärten ist eine Art Härteprozess, bei dem nur die äußere Schicht des Werkstücks gehärtet wird. Das verwendete Verfahren ist das gleiche, aber da eine dünne Außenschicht dem Verfahren unterzogen wird, hat das resultierende Werkstück eine harte Außenschicht, aber einen weicheren Kern.

Dies ist bei Wellen üblich. Eine harte Außenschicht schützt es vor Materialverschleiß. Bei der Montage eines Lagers auf einer Welle kann es sonst zu Beschädigungen der Oberfläche und Verlagerung einiger Partikel kommen, die dann den Verschleißprozess beschleunigen. Eine gehärtete Oberfläche schützt davor und der Kern hat dennoch die notwendigen Eigenschaften, um Ermüdungsbeanspruchungen standzuhalten.

4. Alterung

Auslagerungs- oder Ausscheidungshärtung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das hauptsächlich zur Erhöhung der Streckgrenze von verformbaren Metallen verwendet wird. Der Prozess erzeugt gleichmäßig dispergierte Partikel innerhalb der Kornstruktur eines Metalls, die Änderungen in den Eigenschaften bewirken.

Die Ausscheidungshärtung erfolgt in der Regel nach einem weiteren Wärmebehandlungsprozess, der höhere Temperaturen erreicht. Alterung erhöht die Temperatur jedoch nur auf mittlere Werte und senkt sie schnell wieder ab.

Einige Materialien können auf natürliche Weise (bei Raumtemperatur) altern, während andere nur künstlich altern, d. h. bei erhöhten Temperaturen. Bei natürlich alternden Materialien kann es zweckmäßig sein, sie bei niedrigeren Temperaturen zu lagern.

5. Stressabbau

Spannungsarmglühen ist besonders üblich für Kesselteile, Luftflaschen, Akkumulatoren usw. Dieses Verfahren bringt das Metall auf eine Temperatur knapp unterhalb seiner unteren kritischen Grenze. Der Abkühlungsprozess ist langsam und daher gleichmäßig.

Dies geschieht, um Spannungen abzubauen, die sich aufgrund früherer Prozesse wie Formen, Bearbeiten, Walzen oder Richten in den Teilen aufgebaut haben.

6. Tempern

Anlassen ist der Prozess der Verringerung der Überhärte und damit der Sprödigkeit, die während des Härteprozesses induziert wird. Auch innere Spannungen werden abgebaut. Durch diesen Prozess kann ein Metall für viele Anwendungen geeignet gemacht werden, die solche Eigenschaften erfordern.

Die Temperaturen sind in der Regel deutlich niedriger als die Härtetemperaturen. Je höher die verwendete Temperatur, desto weicher wird das endgültige Werkstück. Die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst die Metallstruktur während des Anlassens nicht und normalerweise kühlt das Metall an ruhender Luft ab.

7. Aufkohlung

Bei diesem Wärmebehandlungsprozess wird das Metall in Gegenwart eines anderen Materials erhitzt, das bei der Zersetzung Kohlenstoff freisetzt.

Der freigesetzte Kohlenstoff wird von der Metalloberfläche absorbiert. Der Kohlenstoffgehalt der Oberfläche nimmt zu und macht sie härter als der innere Kern.

Welche Metalle eignen sich zur Wärmebehandlung?

Obwohl Eisenmetalle den Großteil der wärmebehandelten Materialien ausmachen, können auch Legierungen aus Kupfer, Magnesium, Aluminium, Nickel, Messing und Titan wärmebehandelt werden.

Etwa 80 % der wärmebehandelten Metalle sind unterschiedliche Stahlsorten. Zu den Eisenmetallen, die wärmebehandelt werden können, gehören Gusseisen, Edelstahl und verschiedene Sorten von Werkzeugstahl.

Prozesse wie Härten, Glühen, Normalglühen, Spannungsarmglühen, Einsatzhärten, Nitrieren und Anlassen werden im Allgemeinen an Eisenmetallen durchgeführt.

Kupfer und Kupferlegierungen werden Wärmebehandlungsmethoden wie Glühen, Altern und Abschrecken unterzogen.

Aluminium eignet sich für Wärmebehandlungsverfahren wie Glühen, Lösungsglühen, natürliches und künstliches Auslagern. Die Wärmebehandlung von Aluminium ist ein Präzisionsprozess. Der Prozessumfang muss festgelegt und in jeder Phase sorgfältig auf die gewünschten Eigenschaften kontrolliert werden.

Offensichtlich sind nicht alle Materialien für die Formen der Wärmebehandlung geeignet. Ebenso wird ein einzelnes Material nicht unbedingt von jeder Methode profitieren. Daher sollte jedes Material separat untersucht werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Verwendung der Phasendiagramme und verfügbarer Informationen über die Wirkung der oben genannten Methoden ist der Ausgangspunkt.

Häufig gestellte Fragen.

Was ist Wärmebehandlung?

Wärmebehandlung ist der Prozess des Erhitzens von Metall, ohne dass es sein geschmolzenes oder schmelzendes Stadium erreicht, und anschließendes Abkühlen des Metalls auf kontrollierte Weise, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften auszuwählen. Wärmebehandlung wird verwendet, um das Metall entweder stärker oder formbarer, abriebfester oder duktiler zu machen.

Was sind Wärmebehandlungsbeispiele?

Beispielsweise werden Autogussteile aus Aluminiumlegierungen wärmebehandelt, um die Härte und Festigkeit zu verbessern; Messing- und Bronzeartikel werden wärmebehandelt, um die Festigkeit zu erhöhen und Risse zu vermeiden; Titanlegierungsstrukturen werden wärmebehandelt, um die Festigkeit bei hohen Temperaturen zu verbessern.

Welche Arten der Wärmebehandlung gibt es?

Im Folgenden sind die verschiedenen Arten von Wärmebehandlungsprozessen aufgeführt:

• Glühen.
• Normalisierung.
• Härtung.
• Tempern.
• Nitrieren.
• Zyanidierung.
• Induktionshärtung.
• Flammhärtung.

Warum führen wir eine Wärmebehandlung durch?

Es gibt viele Vorteile der Wärmebehandlung, darunter kann sie die physikalischen (mechanischen) Eigenschaften eines Materials verändern und hilft bei anderen Herstellungsschritten. Es baut Spannungen ab und macht das Teil leichter zu bearbeiten oder zu schweißen. Erhöht die Festigkeit und macht das Material duktil oder flexibler.

Wie viele Arten der Wärmebehandlung gibt es?

In diesem Beitrag behandeln wir die vier grundlegenden Arten der Wärmebehandlung von Stahl, die heute durchlaufen werden:Glühen, Normalglühen, Härten und Anlassen.

Was sind die 3 Stufen des Wärmebehandlungsprozesses?

Phasen der Wärmebehandlung

• Die Erwärmungsphase.
• Die Einweichphase.
• Die Kühlphase.

Was sind die fünf grundlegenden Wärmebehandlungsverfahren?

Zu den Wärmebehandlungstechniken gehören Glühen, Einsatzhärten, Ausscheidungshärtung, Anlassen, Aufkohlen, Normalisieren und Abschrecken.

Wie funktioniert die Wärmebehandlung?

Einfach ausgedrückt ist die Wärmebehandlung der Prozess, bei dem das Metall erhitzt, auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder abgekühlt wird. Während des Prozesses wird das Metallteil in seinen mechanischen Eigenschaften verändert. Denn die hohe Temperatur verändert die Mikrostruktur des Metalls.

Was ist Abschrecken und Anlassen?

Abschrecken und Anlassen sind Prozesse, die Materialien wie Stahl und andere Legierungen auf Eisenbasis festigen. Diese Prozesse verfestigen die Legierungen, indem sie das Material erhitzen und gleichzeitig in Wasser, Öl, Umluft oder Gasen wie Stickstoff abkühlen.

Was sind Stahl und Legierungen?

Grundsätzlich ist Stahl eine Eisenlegierung mit geringen Kohlenstoffanteilen. Es gibt Tausende verschiedener Stahlsorten, die für unterschiedliche Anwendungen hergestellt werden. Diese lassen sich grob in 4 Typen einteilen – Kohlenstoffstahl, Werkzeugstahl, Edelstahl und legierten Stahl.

Was ist Glühen bei der Wärmebehandlung?

Glühen, Behandlung eines Metalls oder einer Legierung durch Erhitzen auf eine vorbestimmte Temperatur, Halten für eine bestimmte Zeit und anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur, um die Duktilität zu verbessern und die Sprödigkeit zu verringern.

Was sind die Vorteile des Anlassens?

Anlassen hilft, Spannungen abzubauen, wodurch das Metall leichter zu schweißen oder zu bearbeiten ist. Erhöht die Festigkeit und macht das Material flexibler und dehnbarer. Erhöht die Härte und verleiht der Oberfläche oder dem gesamten Metall verschleißfeste Eigenschaften.

Was sind Glüharten?

Einige der verschiedenen Arten von Glühprozessen:

• Vollständiges Glühen . Bei diesem Verfahren werden Stahlteile erhitzt, bis sie etwa 30 °C heißer sind als ihre kritische Umwandlungstemperatur.
• Isothermisches Glühen.
• Sphärisches Glühen.
• Rekristallisationsglühen.
• Diffusionsglühen.

Normieren Sie vor der Wärmebehandlung?

Überblick über den Normalisierungsprozess. Die normalisierende Wärmebehandlung hilft, Verunreinigungen zu entfernen und die Duktilität und Zähigkeit zu verbessern. Während des Normalisierungsprozesses wird das Material auf 750–980 °C (1320–1796 °F) erhitzt.

Was ist der Hauptzweck des Glühens?

Die Hauptvorteile des Glühens liegen darin, wie der Prozess die Bearbeitbarkeit des Materials verbessert, die Zähigkeit erhöht, die Härte verringert und die Duktilität und Bearbeitbarkeit eines Metalls erhöht.

Was ist die Einweichzeit bei der Wärmebehandlung?

Die Einweichzeit ist die Zeit, die der Stahl auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, die in diesem Fall 1500 Grad Fahrenheit beträgt. Wenn die Einweichzeit abgelaufen ist, nehmen Sie die Probe sehr schnell, aber vorsichtig mit einer Zange heraus.

Was ist der Zweck des Härtens?

Härten ist ein metallurgischer Metallbearbeitungsprozess zur Erhöhung der Härte eines Metalls. Die Härte eines Metalls ist direkt proportional zur einachsigen Fließspannung am Ort der aufgeprägten Dehnung.

Wird Metall durch Erhitzen geschwächt?

Dieser einfache Vorgang kann, wenn er auf einen genauen Temperaturbereich erhitzt wird, ein reineres, hartes Metall erzeugen. Es wird oft verwendet, um Stahl herzustellen, der stärker ist als das Glühen des Metalls, aber auch ein weniger duktiles Produkt erzeugt. Hitze kann Metall also tatsächlich schwächer machen.

Was ist der Unterschied zwischen Anlassen und Härten?

Härten oder Abschrecken ist der Prozess zur Erhöhung der Härte eines Metalls. Tempern ist der Prozess des Erhitzens einer Substanz auf eine Temperatur unterhalb ihres kritischen Bereichs, des Haltens und des anschließenden Abkühlens.

Was passiert, wenn Sie Stahl überhärten?

Bei ausreichend hoher Temperatur und ausreichend langer Zeit wird der Stahl weicher, als wenn Sie ihn überhaupt nicht abschrecken und ihn nur langsam abkühlen lassen. Je nachdem, was Ihr Ziel ist, können Sie eine Klinge absolut überhärten. Dadurch wird die Klinge weicher, aber auch weniger spröde.

Warum ist ein Anlassprozess nach dem Abschrecken obligatorisch?

Der Stahl muss nach dem Härten angelassen werden. Dies liegt einfach daran, dass eine neue Phase geschaffen wurde, nämlich der Martensit. Denken Sie daran, dass es notwendig ist, in die Austenitphase vorzudringen, bevor Martensit erzeugt werden kann.

Warum ist nach dem Abschrecken Anlassen erforderlich?

Nach dem Abschrecken befindet sich das Metall in einem sehr harten, aber spröden Zustand. Der Stahl wird angelassen, um einen Teil der Härte zu verringern und die Duktilität zu erhöhen. Es wird für einen festgelegten Zeitraum auf eine Temperatur zwischen 400 °F und 1.105 °F erhitzt.

Aus was ist Messing eine Legierung?

Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, von historischer und dauerhafter Bedeutung wegen seiner Härte und Bearbeitbarkeit.

Was ist der Härtungsprozess?

Der Härtungsprozess besteht aus dem Erhitzen der Komponenten über die kritische (Normalisierungs-)Temperatur, dem Halten auf dieser Temperatur für eine Stunde pro Zoll Dicke, dem Abkühlen mit einer Geschwindigkeit, die schnell genug ist, damit sich das Material in eine viel härtere, stärkere Struktur umwandeln kann, und dem anschließenden Anlassen .

Warum Induktionshärtung erforderlich ist?

Induktionshärten ist ein Wärmebehandlungsprozess, der durchgeführt wird, um die mechanischen Eigenschaften in einem lokalisierten Bereich eines Eisenbauteils zu verbessern. Der resultierende gehärtete Bereich verbessert die Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit zusammen mit den Festigkeitseigenschaften.

Welche Materialien können flammgehärtet werden?

Das Flammhärten wird an Teilen aus Weichstahl, legierten Stählen, Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Gusseisen durchgeführt. Wie der Name schon sagt, wird beim Flammhärten die direkte Hitze von Sauerstoffgasflammen verwendet.

Wie führen Sie den Temperprozess durch?

Das Anlassen wird normalerweise nach dem Härten durchgeführt, um einen Teil der überschüssigen Härte zu verringern, und erfolgt durch Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Punkts für einen bestimmten Zeitraum und anschließendes Abkühlenlassen an ruhender Luft.