Schwenkbiegemaschinen warten: Genauigkeit und Lebensdauer sichern
Die ersten Blechteile eines Wiederholauftrags bestehen die Prüfung. Nach der Hälfte des Produktionslaufs nimmt der Bediener eine weitere Winkelkorrektur vor,…
Wärmebehandlungsverfahren beinhalten präzise Heiz- und Kühlprozesse, um die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Metallen gezielt zu verändern Ziel ist es dabei, unerwünschte Eigenschaften zu minimieren und gewünschte zu verstärken.
Eines dieser Wärmebehandlungsverfahren ist das Glühen, mit dem wir die mechanischen Eigenschaften bestimmter Metalle und Legierungen an ihre vorgesehene Verwendung anpassen können.
Beginnen wir.
Beim Glühen wird das Werkstück erhitzt, um die Härte zu verringern sowie die Duktilität und Zähigkeit verschiedener Stähle, Gusseisen und Legierungen zu erhöhen. Dabei wird das Material über seine Rekristallisationstemperatur hinaus erhitzt. Dies fördert die Bildung neuer Körner und ermöglicht die Umorientierung bestehender Kornstrukturen.
Die Umstrukturierung und Neubildung der Körner baut innere Spannungen im Metall ab und sorgt für einen gleichmäßigeren Gefügeverlauf. Diese Eigenschaft ist in den meisten Anwendungsfällen von Vorteil.
Aufgrund der Vielzahl an Stahl- und Metalllegierungen existieren zahlreiche spezialisierte Glühverfahren. Die gebräuchlichsten sind das vollständige Glühen (Vollglühen) und das Spannungsarmglühen (auch Zwischen- oder Rekristallisationsglühen genannt).
Obwohl das Normalisieren oft als separates Wärmebehandlungsverfahren betrachtet wird, handelt es sich eigentlich um eine Form des Glühens, bei der die Metalle an der Luft und nicht im Ofen bei kontrollierter Abkühlrate abgekühlt werden.
Beim Glühen entsteht weicherer Stahl als beim Anlassen, weshalb dieses Verfahren vor allem bei Produkten eingesetzt wird, die keinen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dennoch gibt es zahlreiche Anwendungsfälle für das Glühen von Metallteilen:
Glühen erfolgt meist nach mechanischen Bearbeitungsschritten, die das Metall verhärten und spröde machen. Biegen, Umformen, Walzen, Schleifen und Ziehen sind typische Beispiele für solche Operationen. Wird beispielsweise ein Metalldraht gezogen, um seinen Durchmesser zu verringern, entstehen innere Spannungen und das Material härtet aus.
Die so entstandene Härte erschwert weitere Bearbeitungsschritte und erhöht das Risiko von Rissen. Diese Schritte sind jedoch häufig notwendig. Um das Metall wieder in einen bearbeitbaren Zustand zu versetzen, wird das Prozessglühen angewendet.
Das Glühen erhöht die Duktilität und senkt die Härte des Metalls. Dadurch lässt sich das Werkstück leichter umformen und bearbeiten. Geglühte Metalle können somit weitere Bearbeitungsschritte durchlaufen.
Besonders beim Herstellen komplexer Bauteile ist das Glühen von großem Nutzen. Da hier zahlreiche Arbeitsschritte erforderlich sind, bringt das Glühen das Bauteil nach jeder Bearbeitung wieder näher an seinen ursprünglichen Zustand.
Hochtemperatur-Schweißverfahren führen zur Bildung von Wärmeeinflusszonen (HAZ), die durch erhöhte Härte und Sprödigkeit gekennzeichnet sind. In solchen Fällen stellt das Glühen die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften der Wärmeeinflusszone wieder her.
Das Glühen kann auch die elektrischen Eigenschaften eines Metalls beeinflussen. Daher wird es eingesetzt, um die elektrische Leitfähigkeit bestimmter Metalle zu verbessern.
Kaltverformung führt neben Veränderungen der Umformbarkeit und Bearbeitbarkeit auch zu inneren Spannungen im Material. Selbst wenn keine weiteren Bearbeitungsschritte geplant sind, empfiehlt es sich, diese Spannungen nach mechanischer Bearbeitung durch Glühen zu reduzieren.
Wenn sie nicht abgebaut werden, können sie später zu Rissbildung, Materialversagen, Verzug und anderen mechanischen Problemen führen.
Das Glühen ermöglicht den Abbau von Eigenspannungen und sorgt für gleichmäßige Materialeigenschaften. Dies verlängert die Lebensdauer und verbessert die Betriebssicherheit der Bauteile.
Der Glühprozess gliedert sich in drei aufeinanderfolgende Phasen:
In der Erholungsphase wird das Metall auf eine vorgegebene Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt. Hierfür wird ein Ofen oder eine spezielle Heizkammer genutzt, um eine kontrollierte und gleichmäßige Umgebung zu gewährleisten.
Die Ofenwärme reduziert die Anzahl der Versetzungen, indem sich die Atome im Kristallgitter neu anordnen. Dies stellt die Duktilität wieder her und vermindert die Härte des Materials. Gleichzeitig werden innere Spannungen abgebaut, weshalb diese Phase als Erholungsphase bezeichnet wird.
Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird das Metall weiter bis zur Rekristallisationstemperatur erhitzt. Auch diese liegt unterhalb des Schmelzpunktes. Sie entspricht der Temperatur, die beim Normalisieren von Metallprodukten angestrebt wird.
Nach Erreichen dieser Temperatur wird das Metall für eine festgelegte Zeitspanne gehalten. Die genaue Dauer hängt von den gewünschten Eigenschaften und dem jeweiligen Metall ab.
In dieser Phase beginnt das Kristallgitter, sich neu zu organisieren, und es bilden sich neue Kornstrukturen. Dadurch werden die Effekte der Verfestigung rückgängig gemacht und die Materialeigenschaften kehren zu ihrem Ursprungszustand zurück.
In der Kornwachstumsphase vergrößern sich die neu gebildeten und bestehenden Körner während des Abkühlens. Faktoren wie Abkühlgeschwindigkeit, Atmosphäre und Materialgüte bestimmen Gefügezusammensetzung sowie Größe und Wachstum der Kristallkörner.
Stahl und andere Eisenmetalle werden in der Regel an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Metalle wie Kupfer und Messing können entweder langsam an Luft oder schnell durch Abschrecken in Wasser abgekühlt werden. Im Vergleich zum Normalisieren erfolgt das Abkühlen beim Glühen deutlich langsamer.
Mitunter sind nach dem Glühen weitere Verarbeitungsschritte notwendig, um die gewünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften zu erreichen.
Das Glühen bringt folgende Vorteile mit sich:
Das Glühen ist ein wichtiger Schritt der Wärmebehandlung, insbesondere bei der Fertigung komplexer Bauteile und bei Werkstücken, die mehrere Bearbeitungsschritte durchlaufen müssen.
Allerdings erfordert das Glühen eine sorgfältige Planung und Durchführung. Mit Kenntnis der Materialzusammensetzung und des Phasendiagramms kann das Glühen viele verschiedene Metalle weich machen. Es wird vor allem bei Kohlenstoffstahl und Gusseisen angewandt, kommt aber auch bei Kupfer, Aluminium und Messing zum Einsatz – aufgrund der zahlreichen Vorteile dieses Verfahrens.
