Das Anlassen ist eines von vielen Wärmebehandlungsverfahren für eisenbasierte Legierungen. Mit diesen Verfahren werden die physikalischen und mechanischen Eigenschaften wie die innere Struktur eines Metalls, seine Duktilität, Härte, Zähigkeit, Bearbeitbarkeit, Umformbarkeit, Elastizität und Festigkeit verändert.
Diese Veränderungen sind notwendig, um sicherzustellen, dass Metalle für ihre jeweiligen Anwendungen und Einsatzbedingungen geeignet sind. Ohne Wärmebehandlung wäre es in den meisten Systemen nicht möglich, Metalle in vollem Umfang zu nutzen.
In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf den Anlassprozess. Fangen wir an.
Das Anlassen, auch „Drawen“ genannt, ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem Bauteile auf eine festgelegte Temperatur unterhalb des kritischen Punktes erhitzt und für eine bestimmte Zeit gehalten werden. Anschließend werden die Bauteile an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Wie andere Wärmebehandlungsverfahren, etwa das Glühen und Normalisieren, verändert auch das Anlassen die unerwünschten mechanischen Eigenschaften des Metalls, sodass sie besser an die jeweilige Anwendung angepasst sind.
Das Anlassen beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des gesamten Bauteils – von der Oberfläche bis zum Kern. Teilweises Anlassen ist jedoch auch in Induktionsanlagen möglich.
Angepasste Metalle sind besonders nützlich in Anwendungen, bei denen eine gewisse Flexibilität der Bauteile erforderlich ist.
Mit diesem Wärmebehandlungsverfahren kann auch die Härte von frisch geschweißten Bauteilen reduziert werden. Die beim Schweißen lokal auftretende hohe Temperatur erzeugt oft hohe Härtegrade in den wärmebeeinflussten Zonen. Das Anlassen kann helfen, diese Bereiche mit hoher Härte zu entschärfen.
Im Prinzip kann das Anlassen bei einer Vielzahl von Metallen durchgeführt werden, wird jedoch hauptsächlich mit Kohlenstoffstahl in Verbindung gebracht, da nur wenige andere Metalle auf diese Weise auf die Wärmebehandlung reagieren wie Stahl.
Das Anlassen wird meist nach dem Härten durchgeführt. Beim Härten wird das Material über seine obere kritische Temperatur erhitzt und anschließend rasch abgekühlt, was als Abschrecken bezeichnet wird. Hierzu wird der Stahl in Öl, heißem Wasser oder durch Luftstrom abgeschreckt.
Durch diesen Vorgang wird das Material hart und spröde – in manchen Fällen so spröde wie Glas. Auch wenn für viele Anwendungen hohe Härte notwendig ist, ist die damit einhergehende Sprödigkeit meistens unerwünscht.
Um die Sprödigkeit zu verringern und die Duktilität wiederherzustellen, werden die Metalle erneut, diesmal bei niedrigeren Temperaturen (über 200°C), erhitzt. So lässt sich ein Gleichgewicht zwischen Härte und Duktilität erreichen. Die Abkühlgeschwindigkeit beim Anlassen ist zudem deutlich langsamer als beim Abschrecken.
Für optimale Ergebnisse sollte das Anlassen unmittelbar nach dem Härten durch Abschrecken erfolgen. So lassen sich die durch das Härten hervorgerufenen spröden Eigenschaften vermeiden.
Es ist zu beachten, dass Fehler im Temperatur- oder Zeitverlauf das Material beschädigen, verziehen oder verformen können.
Das Anlassen wird auch angewendet, wenn Materialien durch andere Verfahren, wie beispielsweise das Schweißen, gehärtet wurden. Ebenso eignet es sich für kaltverfestigte Werkstoffe, also Materialien, die durch Verfahren wie Biegen, Bohren, Umformen, Stanzen oder Walzen gehärtet wurden.
Wie andere Wärmebehandlungsverfahren verläuft auch der Anlassprozess in drei Phasen. Diese Phasen sind:
In dieser Phase wird das Metall auf eine bestimmte Temperatur zwischen Raumtemperatur und der unteren kritischen Temperatur erhitzt. Diese Temperatur bezeichnet man als Anlasstemperatur.
Das Erwärmen auf die exakte Temperatur sollte kontrolliert erfolgen, da ein zu schnelles Erhitzen zu Rissbildung führen kann. Die geeignete Temperatur variiert je nach Stahltyp und den gewünschten Materialeigenschaften. Beispielsweise werden Werkzeugstähle bei etwa 200–300°C, Federstähle bei 300–400°C und Baustähle bei 450–650°C angelassen.
In der Regel wird das Metall in einem Ofen (Gas, elektrisch oder Induktion) unter Schutzgas oder im Vakuum erhitzt, um Oxidation zu vermeiden. Bestimmte Stähle werden jedoch auch in Salzbädern oder sogar an der Luft angelassen.
Auch die gewählte Atmosphäre beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit der Bauteile.
Sobald das Metall die gewünschte Temperatur unterhalb des kritischen Punktes erreicht hat, muss es für eine vordefinierte Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten werden. Die Haltezeit hängt vom Stahltyp, dem Querschnitt des Bauteils, der Chargengröße sowie den geforderten mechanischen Eigenschaften ab.
Je nach Anlasstemperatur und Haltezeit verändern sich die mechanischen Eigenschaften des gehärteten Stahls.
Mit steigender Temperatur und längerer Haltezeit nehmen die Duktilität, Schlagzähigkeit und Zähigkeit zu. Die Zugfestigkeit hingegen nimmt mit zunehmender Temperatur ab.
Die Härte wird durch den Anteil der verschiedenen Phasen wie Martensit, Restaustenit und Graphitkugeln beeinflusst. Mit längerer Ofenzeit nimmt der Martensitanteil ab und der Anteil an Restaustenit zu. Da die austenitische Phase relativ weich ist, sinkt die Härte des gesamten Bauteils.
Die Abkühlphase ist genauso wichtig wie die ersten beiden. Während dieses Prozesses wird das Bauteil, meist an der Luft, auf eine festgelegte Art und Weise abgekühlt.
Die Kühlrate und das verwendete Verfahren hängen von verschiedenen Faktoren ab. Beim Anlassen erfolgt das Abkühlen in der Regel an ruhender Luft.
Beim Erhitzen von Metallprodukten kommt es zu Oxidationsprozessen. Dadurch entstehen verschiedene Farben auf der Metalloberfläche. Die jeweilige Farbe gibt Aufschluss über die erreichte Anlasstemperatur.
Die Farben reichen von Hellgelb bis zu verschiedenen Blautönen. Eine vollständige Übersicht der bei unterschiedlichen Temperaturbereichen entstehenden Farben ist wie folgt:
| Anlassfarbe | Temperatur in °C | Temperatur in °F | Übliche Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Blassgelb | 175 – 205 | 347 – 401 | Gravierstichel, Rasiermesser, Schaber |
| Strohgelb | 205 – 225 | 401 – 437 | Schneidwerkzeuge, Messer, Reibahlen, Gesteinsbohrer |
| Gelb | 225 – 250 | 437 – 482 | Hobelmesser, Anreißer |
| Braun | 250 – 265 | 482 – 509 | Kaltmeißel, Matrizen, Bohrer, Hämmer, Presswerkzeuge |
| Lila | 265 – 285 | 509 – 545 | Dorne, chirurgische Instrumente |
| Blau | 285 – 305 | 545 – 581 | Schraubendreher, Schraubenschlüssel |
| Hellblau | 305 – 335 | 581 – 635 | Zahnräder, Baustahl, Federn, Holzsägen |
| Grau-Blau | 335 – 375 | 635 – 707 | Baustähle, Federn, Holzsägen |
Diese Farben geben jedoch nicht immer die genaue Anlasstemperatur an. Viele weitere Faktoren wie Legierungselemente, Atmosphäre, Oberflächenbeschaffenheit und Anlaszdauer beeinflussen die endgültige Farbe. Beispielsweise sind rostbeständige Stähle weniger anfällig für Oxidation und erreichen daher spezifische Anlassfarben erst bei höheren Temperaturen als ihre weniger korrosionsbeständigen Gegenstücke.
Daher wird nicht empfohlen, dieses Farbschema zur präzisen Bestimmung der Anlasstemperaturen zu verwenden. Die Farben sollten lediglich als Anhaltspunkt zur Beurteilung der Oberflächentemperatur des Metalls während des Anlassens dienen.
Ob Sie nun eine Sicherheitsnadel benötigen oder ein Stadion mit 80.000 Sitzplätzen bauen wollen – das Anlassen ist unverzichtbar. Es bleibt eines der wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Wärmebehandlungsverfahren in den verschiedensten Anwendungen von Stahl.
Mit dem Fortschritt im Bau immer komplexerer Strukturen wird auch der Einsatz angelassener Komponenten in der Fertigung und im Bauwesen zukünftig weiter zunehmen.
