Die 4 Arten der Wärmebehandlung von Stahl

In unserem letzten Blog-Beitrag haben wir die drei Phasen der Wärmebehandlung behandelt, die das Erhitzen des Metalls auf eine bestimmte Temperatur (die Heizphase), das Halten auf dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit (die Tauchphase) und das Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer Methode, die von der Art des Metalls und den gewünschten Eigenschaften abhängt (die Kühlphase), umfassen. In diesem Beitrag behandeln wir die vier grundlegenden Arten der Wärmebehandlung, denen Stahl heute unterzogen wird: Glühen, Normalisieren, Härten und Anlassen.

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Wärmebehandlungsstahl: Glühen

Der Zweck des Glühens ist das Gegenteil des Härtens. Metalle werden geglüht, um Spannungen abzubauen, das Metall weicher zu machen, die Duktilität zu erhöhen und das Korngefüge zu verbessern.

Ohne eine geeignete Vorwärmstufe kann das Schweißen zu einem Metall mit ungleichmäßigen Temperaturen führen, sogar zu geschmolzenen Bereichen neben Bereichen, die Raumtemperatur haben. Unter diesen Umständen kann das Schweißen das Metall schwächen: Wenn die Schweißnaht abkühlt, entstehen neben harten und spröden Stellen auch innere Spannungen. Das Glühen ist eine Möglichkeit, solche Probleme zu beheben und die inneren Spannungen abzubauen.

Stahl glühen

Um Stähle und andere Eisenmetalle zu glühen und ein Höchstmaß an Duktilität zu erreichen, muss man das Metall langsam auf die entsprechende Temperatur erhitzen, es einweichen und dann langsam abkühlen lassen, indem man es entweder in einer Art Isoliermaterial vergräbt oder einfach den Ofen ausschaltet und sowohl den Ofen als auch das Teil langsam abkühlen lässt.

Die Zeit, die man das Metall einweichen lässt, hängt sowohl von seiner Art als auch von seiner Masse ab. Wenn es sich um Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt handelt, ist die höchstmögliche Glühtemperatur erforderlich, und mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Glühtemperatur ab. Weitere Informationen zum Glühen finden Sie in unserem Leitfaden zum Glühen.

Wärmebehandlung Stahl: Normalisieren

Der Zweck des Normalisierens besteht darin, innere Spannungen zu beseitigen, die durch Wärmebehandlung, Bearbeitung, Schmieden, Umformen, Schweißen oder Gießen entstehen. Unkontrollierte Spannungen können zum Versagen des Metalls führen. Daher kann das Normalisieren von Stahl vor dem Härten dazu beitragen, den Erfolg von Projekten sicherzustellen.

Was ist der Unterschied zwischen Glühen & Normalisieren?

Normalisieren gilt nur für Eisenmetalle wie Stahl. Aber es gibt noch einen entscheidenden Unterschied im Wärmebehandlungsprozess: Beim Normalglühen wird das Metall, nachdem es auf eine höhere Temperatur erhitzt wurde, nach der Entnahme aus dem Ofen luftgekühlt.

Normalisierter Stahl ist fester als geglühter Stahl. Er hat sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Duktilität und ist zäher als geglühter Stahl. Wenn das Metallteil Stößen standhalten oder eine maximale Zähigkeit aufweisen muss, um äußeren Belastungen zu widerstehen, wird in der Regel empfohlen, dass es normalgeglüht und nicht geglüht wird.

Da normalgeglühte Metalle luftgekühlt werden, ist die Masse des Metalls ein entscheidender Faktor für die Abkühlungsgeschwindigkeit und den Härtegrad des Teils. Beim Normalglühen kühlen dünnere Teile schneller an der Luft ab und werden härter als dickere Teile. Beim Glühen und seiner Abkühlung im Ofen ist die Härte von dicken und dünnen Teilen jedoch vergleichbar.

Wärmebehandlung von Stahl: Härten

Das Härten hat nicht nur den Zweck, den Stahl zu härten, sondern auch, ihn stärker zu machen. Leider bringt das Härten nicht nur Vorteile mit sich. Das Härten erhöht zwar die Festigkeit, verringert aber auch die Verformbarkeit und macht das Metall spröder. Nach dem Härten muss das Metall möglicherweise angelassen werden, um einen Teil der Sprödigkeit zu beseitigen.

Um die meisten Stähle zu härten, verwendet man die ersten beiden Stufen der Wärmebehandlung (langsame Erwärmung, gefolgt von einem Eintauchen für eine bestimmte Zeit auf eine einheitliche Temperatur), die dritte Stufe ist anders. Beim Härten von Metallen kühlt man sie schnell ab, indem man sie in Wasser, Öl oder Salzlake eintaucht. Die meisten Stähle erfordern eine schnelle Abkühlung, das so genannte Abschrecken, um gehärtet zu werden, aber es gibt auch einige, die erfolgreich luftgekühlt werden können.

Je mehr Legierungen dem Stahl zugesetzt werden, desto geringer ist die Abkühlungsrate, die zum Härten erforderlich ist. Das hat einen Vorteil: Durch die langsamere Abkühlung verringert sich die Gefahr von Rissen oder Verformungen. Die Härte von Kohlenstoffstahl hängt von seinem Kohlenstoffgehalt ab: Bis zu 0,80 % Kohlenstoff nimmt die Härtbarkeit mit dem Kohlenstoffgehalt zu. Über 0,80 % kann die Verschleißfestigkeit durch die Bildung von hartem Zementit erhöht werden, nicht aber die Härte.

Wenn man dem Stahl Legierungen hinzufügt, um seine Härte zu erhöhen, erhöht man auch die Fähigkeit des Kohlenstoffs, zu härten und zu verfestigen. Das bedeutet, dass der Kohlenstoffgehalt, der erforderlich ist, um den höchsten Härtegrad zu erreichen, bei legierten Stählen niedriger ist als bei reinen Kohlenstoffstählen. Infolgedessen bieten legierte Stähle in der Regel eine bessere Leistung als reine Kohlenstoffstähle.

Wenn Kohlenstoffstahl gehärtet wird, muss der Stahl in weniger als einer Sekunde auf unter 1000°F abgekühlt werden. Sobald man dem Stahl jedoch Legierungen hinzufügt und die Wirksamkeit des Kohlenstoffs erhöht, geht diese Zeitspanne über eine Sekunde hinaus. Dadurch kann man ein langsameres Abschreckmedium wählen, um die angegebene Härte zu erreichen.

Typischerweise werden Kohlenstoffstähle in Salzlake oder Wasser abgeschreckt, während legierte Stähle in Öl abgeschreckt werden. Leider ist das Abschrecken ein Verfahren, das hohe innere Spannungen erzeugt, und um den Stahl zu entlasten, besteht eine Möglichkeit darin, ihn zu vergüten. Kurz bevor das Teil kalt wird, nimmt man es bei einer Temperatur von 200°F aus dem Abschreckbad und lässt es an der Luft abkühlen. Der Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 200°F wird als „Rissbereich“ bezeichnet, und Sie wollen nicht, dass der Stahl im Abschreckmedium diesen Bereich durchläuft. Lesen Sie weiter, um mehr über das Anlassen zu erfahren.

Wärmebehandlung von Stahl: Anlassen

Nach dem Härten eines Metalls, sei es durch den Einsatz oder die Flamme, und dem Einbringen innerer Spannungen nach der schnellen Abkühlung, die mit dem Prozess einhergeht, ist der Stahl oft härter als nötig und zu spröde. Die Lösung kann darin bestehen, den Stahl zu vergüten, um die Sprödigkeit zu verringern und die inneren Spannungen zu beseitigen oder abzubauen.

Beim Anlassen wird:

• Erwärmen des Stahls auf eine bestimmte Temperatur unterhalb seiner Härtetemperatur
• Halten des Stahls bei dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit
• Abkühlen des Stahls, normalerweise an ruhender Luft

Wenn Ihnen das bekannt vorkommt, haben Sie recht! Das Anlassen besteht aus denselben drei Stufen wie die Wärmebehandlung. Der Hauptunterschied besteht in der Anlasstemperatur und ihrer Auswirkung auf die Härte, die Festigkeit und natürlich die Duktilität.

Wenn Sie ein Stahlteil anlassen, verringern Sie die Härte, die durch das Härten entstanden ist, und entwickeln bestimmte physikalische Eigenschaften. Das Anlassen folgt immer auf das Härten und verringert zwar die Sprödigkeit, macht den Stahl aber auch weicher. Leider lässt sich die Erweichung des Stahls beim Anlassen nicht vermeiden. Der Härteverlust lässt sich jedoch über die Temperatur beim Anlassen steuern.

Während die anderen Wärmebehandlungsverfahren Glühen, Normalisieren und Härten immer Temperaturen oberhalb des oberen kritischen Punktes des Metalls beinhalten, wird das Anlassen immer bei Temperaturen unterhalb dieses Punktes durchgeführt.

Beim Wiedererwärmen von gehärtetem Stahl beginnt man mit dem Anlassen bei 212°F und fährt fort, bis man sich dem unteren kritischen Punkt nähert. Um die gewünschte Härte und Festigkeit zu erreichen, können Sie die Anlasstemperatur voreinstellen. Die Mindestdauer für das Anlassen sollte eine Stunde betragen, wenn das Teil weniger als einen Zoll dick ist; wenn es mehr als einen Zoll dick ist, können Sie für jeden zusätzlichen Zoll Dicke eine weitere Stunde hinzufügen.

Die Abkühlgeschwindigkeit beim Anlassen hat auf die meisten Stähle keine Auswirkungen. Nachdem Sie ein Stahlteil aus dem Anlassofen entnommen haben, kühlen Sie es in der Regel an ruhender Luft ab, genau wie beim Normalglühen. Aber wie bei allen verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren gibt es einige Unterschiede, die den Rahmen dieses Blogbeitrags sprengen würden.

Wenn Sie sich für das Anlassen interessieren, sollten Sie wissen, dass das Anlassen innere Spannungen aus dem Abschrecken abbaut, die Sprödigkeit und Härte verringert und die Zugfestigkeit von gehärtetem Stahl erhöhen kann, wenn er bis zu einer Temperatur von 450°F angelassen wird; über 450°F nimmt die Zugfestigkeit ab.

Kloeckner arbeitet mit einer Reihe von Partnern für die Wärmebehandlung von Stahl zusammen, um unseren Kunden Qualitätsteile zu liefern, die ihren Spezifikationen entsprechen. Wir bieten schlüsselfertige, wärmebehandelte Produkte aus unserem landesweiten Lagerbestand an Blechen, Stangen und Platten. Bitte wenden Sie sich an Klöckner Louisville oder rufen Sie unter (678) 259-8800 an, wenn Sie eine Wärmebehandlung benötigen.

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