Warum Stahl vergüten? Festigkeit, Zähigkeit & Haltbarkeit freisetzen

Vergüten: Wärmebehandlung – Anlassen bei hoher Temperatur nach dem Härten. Hochtemperatur-Anlassen: 500–650 °C. Vergüten passt Stahleigenschaften und -werkstoff weitgehend an: gute Festigkeit, Plastizität, Zähigkeit, gute umfassende mechanische Eigenschaften.

Nach Vergüten entsteht Anlasssorbid. Anlasssorbid bildet sich beim Anlassen von Martensit. Nur unter optischem Metallografiemikroskop bei 500–600-facher Vergrößerung unterscheidbar. Ferritmatrix mit Karbiden (einschl. Zementit) als Kugelstrukturen. Auch Anlassgefüge von Martensit: Ferrit + kugeliges Karbid. Ferrit hat keine Kohlenstoffübersättigung mehr, Karbide sind stabile Karbide. Ausgeglichenes Gefüge bei Raumtemperatur.

Vergüteter Stahl in zwei Kategorien: Kohlenstoff- und Legierungsvergütungsstahl. Unabhängig von Stahlart: Kohlenstoffgehalt streng kontrollieren. Zu hoher C-Gehalt → hohe Festigkeit nach Vergüten, aber ungenügende Zähigkeit. Zu niedrig → Zähigkeit steigt, Festigkeit ungenügend. Für gute Gesamtleistung: C-Gehalt generell 0,30–0,50 %.

Beim Vergüten muss gesamter Querschnitt durchgehärtet werden → feinnadeliger Martensit. Durch Hochtemperatur-Anlassen → gleichmäßiges Anlasssorbid. Kleine Betriebe können nicht jede Charge metallografisch prüfen – meist nur Härteprüfung. Heißt: Härte nach Härten muss Material-Härte erreichen; Härte nach Anlassen prüfplanmäßig prüfen.

Vergüten von 45er Stahl (C45)

45er Stahl = mittelkohlenstoffhaltiger Baustahl, gute Warm-/Kaltumformung, gute mechanische Eigenschaften, günstig, breit verfügbar → weit verbreitet. Schwäche: geringe Durchhärtbarkeit, große Querschnitte, hochbeanspruchte Teile.

Härtetemperatur: Ac3 + (30–50) °C. Praxis: oberer Grenzwert. Höhere Temperatur → schnelleres Aufheizen, weniger Oxidation, höhere Effizienz. Für homogenes Austenit: ausreichende Haltezeit. Bei großer Ofenladung Haltezeit angemessen verlängern. Sonst: ungleichmäßige Erwärmung → unzureichende Härte. Zu lange Haltezeit → Grobkorn & starker Oxidationsentkohlung → Härtequalität leidet. Faustregel: Ofenladung > Prozessvorgabe → Aufheiz- & Haltezeit um 1/5 verlängern.

Wegen geringer Durchhärtbarkeit: 10 % Salzlauge mit hoher Abkühlrate. Nach Eintauchen abschrecken, aber nicht vollends auskühlen. Wird Werkstück in Salzwasser kalt, kann es reißen. Ursache: rasche Austenit→Martensit-Umwandlung bei ~180 °C → excessive Gewebespannung. Daher: bei schnellem Abkühlen in diesen Temperaturbereich langsames Abkühlen. Wassertemperatur schwer kontrollierbar → Erfahrungswert. Wenn Werkstückschlagen im Wasser aufhört → herausnehmen, Luftkühlen (Ölkühlen besser). Werkstück beim Eintauchen bewegen, nicht statisch – regelmäßig nach Geometrie bewegen. Statisches Medium + statisches Werkstück → ungleichmäßige Härte, Spannung, große Verformung oder Riss.

Härte nach Härten: HRC 56–59. Großquerschnitt kann niedriger sein, aber nicht < HRC 48. Sonst: nicht durchgehärtet, Sorbid/Ferrit im Gefüge → bleibt nach Anlassen in Matrix → Vergütungszweck verfehlt.

Hochtemperatur-Anlassen von 45er Stahl nach Härten: 560–600 °C, Härte HRC 22–34. Zweck: umfassende mechanische Eigenschaften → breiter Härtebereich. Bei Zeichnungsvorgabe: Anlasstemperatur nach Zeichnung einstellen für Zielfestigkeit. Beispiel: Wellen mit hoher Festigkeitsforderung → höhere Härte; Zahnräder/Wellen mit Nut, die nach Vergüten gefräst/gekeilt werden → niedrigere Härte. Anlasshaltezeit nach Härteanforderung & Werkstückgröße. Härte nach Anlassen hängt vor allem von Anlasstemperatur ab, wenig von Zeit – aber durchwärmen muss sichergestellt sein. Allgemein: Anlasshaltezeit ≥ 1 Stunde.