Was ist Abschrecken? Schnelles Abkühlen erklärt: Prozess, Vor- und Nachteile

Abschrecken ist eine Form der Wärmebehandlung und einer unserer Kernprozesse bei HDCMfg. Dabei wird heißes Metall schnell abgekühlt, um seine Atome an ihrem Platz zu fixieren. Durch das Abschrecken wird Austenit in harten Martensit umgewandelt, wodurch ein Material mit außergewöhnlicher Festigkeit entsteht. 

Egal, ob Sie ein erfahrener Metallurge oder ein Neuling sind, lesen Sie weiter, um alles über den Abschreckprozess zu erfahren. 

Was ist Abschrecken?

Abschrecken ist ein konventioneller Wärmebehandlungsprozess, der Härte und Festigkeit verbessert. Zu den üblicherweise abgeschreckten Metallen gehören Gusseisen, Stahlguss und Eisenmetalle. 

Um das Abschrecken durchzuführen, 

• Erhitzen Sie zunächst Ihren Stahl auf die kritische Temperatur. 
• Halten Sie es anschließend einige Zeit auf dieser Temperatur, um es zu austenitisieren. 
• Danach können Sie den Stahl schnell in Öl, Luft oder Salzlake abkühlen, idealerweise unter Ms. 

Auswirkungen des Abschreckens auf die Metalleigenschaften

Der Hauptgrund für das Abschrecken ist die Erhöhung von Härte und Festigkeit. Wenn Sie Ihr Material auf die kritische Temperatur erhitzen, findet eine teilweise oder vollständige Austenitisierung statt. 

Durch die schnelle Abkühlung wird jedoch verhindert, dass sich Austenit in Ferrit oder Perlit umwandelt. Stattdessen wird es in Martensit umgewandelt, wodurch ein Metall entsteht, das sehr hart und sehr spröde ist. 

Vorteile:

Das Abschrecken bietet Metallarbeitern viele Vorteile. Dazu gehören:

• Härte: Durch die Martensitbildung wird Ihr Metall durch das Abschrecken sehr hart. Die Härte ist ein unverzichtbarer Faktor für abriebfeste Komponenten und Werkzeuge wie Lager und Werkzeugsätze. 
• Verschleißfestigkeit: Durch das Abschrecken werden die Zugfestigkeit und Streckgrenze Ihres Stahls erhöht. Durch die schnelle Abkühlung werden Atome in einer verzerrten Gitterstruktur eingeschlossen. Dies bedeutet, dass Versetzungen nur schwer beweglich sind. 
• Elastizitätsgrenze: Bei der Herstellung werden Federn abgeschreckt, um ihre Elastizitätsgrenze zu erhöhen. 

Nachteile: 

Die Nachteile des Abschreckhärtens sind

• Eigenspannung: Eigenspannung kann beim Abschrecken in Ihr Metall gelangen. Aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlrate kühlt die Oberfläche schneller ab und zieht sich schneller zusammen als das Innere. Dadurch entstehen Zug- und Druckspannungen.

Wenn Sie dieses Risiko nicht im Griff haben, kann Ihre Anwendung Verformungen oder Rissen ausgesetzt sein. Fragen Sie Ihren Lieferanten nach den besten Nachhärtetechniken zur Vermeidung dieses Problems. 

• Duktilität: Obwohl das Abschreckhärten die Festigkeit und Härte erhöht, verliert das Metall dadurch an Duktilität. Da sich das Metall in einem spröden Zustand befindet, wird es anfälliger für Spannungsrisse.

Aus diesem Grund führen wir nach dem Abschrecken ein Anlassen durch. Das Anlassen verringert die Sprödigkeit, ohne dass es zu einem Festigkeitsverlust kommt. 

Auswahl eines Abschreckmediums

Es gibt verschiedene Methoden und Techniken zum Abschrecken. Jede davon beeinflusst die endgültigen Eigenschaften des fertigen Materials erheblich. Wir betrachten gängige Mittel zum Abschrecken von Metall und ihre Vor- und Nachteile.

Wasser

Wasser ist ein aggressives Abschreckverfahren, da es die schnellste Abkühlrate bietet. Der schnelle Abkühlmechanismus von Wasser eignet sich, wenn Härte und Festigkeit unverzichtbar sind. Wenn jedoch nicht die richtigen Verfahren befolgt werden, kann Ihr Metall reißen und sich verziehen. 

Öl

Das Abschrecken mit Öl ist langsamer und kontrollierter als das Abschrecken mit Wasser. Daher gilt es als sichere Methode, um Risse und Verformungen im Metall zu verhindern.  

Das Abschrecken in Öl ist ideal, um ein Gleichgewicht zwischen Härte und Festigkeit zu erreichen. Durch den einzigartigen Abkühlungsprozess erhält Ihr Metall zudem eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit.

Luft

Luft ist das kostengünstigste Abschreckmittel. Dabei wird der Stahl erhitzt und anschließend langsam an der Luft abgekühlt. Da Luft das langsamste Abschreckmittel ist, minimiert sie das Risiko von Rissen oder thermischen Spannungen. Daher eignet sich Luft ideal für Stähle, die eine außergewöhnliche Zähigkeit und mittlere Härte erfordern. 

Eine andere Form des Luftabschreckens verwendet Druckluft. Bei dieser Methode haben Sie eine bessere Kontrolle über Temperatur und Abkühlgeschwindigkeit.  

Sole

10%-Salz wird Wasser zugesetzt, um eine Sole zu bilden. Diese Form des Abschreckens ist weniger verbreitet als Wasser, Luft oder Öl. Sie bietet jedoch eine höhere Abkühlgeschwindigkeit, sogar schneller als Wasser. 

Es ist erwähnenswert, dass Salzlake ätzend ist. Daher müssen Sie sie nach Abschluss der Arbeit durch gründliches Spülen von Ihrem Stahl entfernen. 

Abschreckmittel auf Polymerbasis

Polymere sind kein Abschreckmedium, sondern eher ein Abschreckzusatz. Ihre Abkühlgeschwindigkeit ist etwas schneller als die von Öl, aber langsamer und weniger korrosiv als die von Wasser. 

Polymere sind invers wasserlöslich. Das bedeutet, dass sie sich zu Beginn des Abschreckens vom Wasser trennen. Dadurch entsteht eine Polymerlösung um das Metall, die einen kontrollierteren Wärmeaustausch ermöglicht.  

Gängige Materialien, die abgeschreckt werden

Nachfolgend sind die gängigen Materialien aufgeführt, die abgeschreckt werden:

Stahl 

Das am häufigsten abgeschreckte Metall ist Stahl. Aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts wandelt das Abschrecken Austenit in Martensit um, wodurch Härte und Festigkeit verbessert werden. 

Aluminium-, Titan- und Kupferlegierungen 

Bestimmte Titanlegierungen können abgeschreckt werden. Dies ist nützlich für Projekte, bei denen das Gewichtsverhältnis eine Rolle spielt. Dazu gehören Anwendungen in der Verteidigung, der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie. Gleiches gilt für bestimmte Aluminiumlegierungen. Sie können diese Legierungen abschrecken, um ihre Leistung zu verbessern. 

Bevor Sie fortfahren, müssen Sie verstehen, dass das Abschrecken bei den meisten Nichteisenlegierungen einen gegenteiligen Effekt hat. Anstatt zu härten, werden diese Metalle beim Abschrecken weicher. Einige Beispiele sind Kupfer-, Aluminium- und austenitische Edelstähle wie 304. 

Nachbehandlung nach dem Abschrecken

Durch das Abschrecken wird der Stahl nicht nur härter, sondern auch spröder. Wenn Sie ihn nicht vergüten, werden manche Stähle zu spröde, um damit zu arbeiten.

Hier kommen Nachbehandlungen nach dem Abschrecken ins Spiel. Techniken wie Anlassen, Warmumformen und Bainitisieren veredeln Ihr Metall weiter und erzeugen ein Gleichgewicht zwischen Duktilität und Festigkeit. 

Temperierung: 

Nach dem Abschrecken können Sie Ihr Metall temperieren, um übermäßige Härte zu kontrollieren. Temperieren Dabei wird das Metall erhitzt und auf einer Temperatur unterhalb des kritischen Punktes gehalten. Anschließend kann das Metall auf Raumtemperatur abgekühlt werden. 

Fortgeschrittene Abschrecktechniken:

Mit fortschrittlichen Abschrecktechniken wird der Stahl über Ms (Martensit-Starttemperatur) abgeschreckt. Anschließend wird er gehalten, um reines Bainit zu bilden oder innere Spannungen abzubauen. Sehen wir uns diese Techniken an: 

Warmtempern: Durch Warmtempern, auch als schrittweises Abschrecken bezeichnet, werden die beim Abschrecken entstehenden Spannungen reduziert. Warmtempern kann durchgeführt werden, indem Stahl über den kritischen Bereich erhitzt und dann bei 150 °C bis 300 °C abgeschreckt wird.

Halten Sie es anschließend über Ms (Martensit-Startpunkt), bis im gesamten Stahl eine gleichmäßige Temperatur erreicht ist. Danach können Sie das Metall auf Raumtemperatur abkühlen lassen und anschließend normal anlassen. 

Bainitisieren: Bainitisieren ist eine Nachbehandlungstechnik, die den Metallverzug reduziert. Es funktioniert im Wesentlichen wie normales Abschrecken und Anlassen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Metall länger auf der Abschrecktemperatur gehalten wird. 

Anwendungen des Abschreckens

Der Abschreckprozess erhöht Härte und Festigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften Gehärteter Stahl wird in der Industrie weit verbreitet verwendet wo Haltbarkeit und hohe Festigkeit eine Rolle spielen. Dazu gehören:

• Werkzeugbau: Denken Sie an alltägliche Messer, Scherenklingen und Bohrer. Diese Werkzeuge halten zyklischen Belastungen stand und müssen daher robust und dehnbar sein. 
• Militär: Rüstungshersteller verwenden gehärteten Stahl zur Herstellung von Schusswaffenteilen, Panzerplatten und Flugzeugkomponenten.  
• Handwerkzeuge: Aus gehärtetem Stahl lassen sich langlebige landwirtschaftliche Werkzeuge, Schraubenschlüssel, Schraubendreher und andere Werkzeuge herstellen.

Sicherheit, Kosten und praktische Überlegungen

Das Abschrecken ist ein einfacher Prozess an der Oberfläche. Sie erhitzen Ihr Material auf eine kritische Temperatur und kühlen es dann schnell ab, um es härter zu machen.

Die dabei auftretenden mechanischen Prozesse sind jedoch sehr spezifisch. Daher ist es am besten, zertifizierte Metallurgen die geeigneten Temperaturen und Kühlmethoden für Ihre Anwendung bestimmen zu lassen. 

Allerdings müssen wichtige Sicherheits- und Kostenaspekte berücksichtigt werden. 

• Ausrüstung: Ein Abschreckbehälter ist ein spezielles Becken zum Abkühlen Ihres Metalls. Unabhängig von der Größe muss er in der Lage sein, die Kühltemperaturen in einem engen Bereich zu halten. Andernfalls können die gewünschten mechanischen Eigenschaften möglicherweise nicht erreicht werden. 
• Quenchfluss. Der Durchfluss bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der flüssiges Abschreckmittel über Ihr Metall fließt. Ohne Durchfluss verdampft das Abschreckmittel. Um ein Sieden zu verhindern, halten Sie das Abschreckmittel fließen und sorgen Sie für ausreichend Abstand zwischen den Metallteilen, um einen gleichmäßigen Durchfluss zu gewährleisten. 
• Sicherheitsrisiken: Öllöschmittel können sich bei Überhitzung oder Funkenflug entzünden. Daher sind Feuerlöscher und Feuerlöschanlagen in professionellen Anlagen vorgeschrieben.
• GeschwindigkeitWenn zwischen Ofen und Tank zu viel Zeit vergeht, kann Ihr Metall wieder zu Perlit werden, was bedeutet, dass Ihre Erwärmung verschwendet ist. 
• KostenWasser ist das günstigste Abschreckmittel. Beachten Sie jedoch, dass es das höchste Risiko für Verformungen und Risse birgt. Öl hingegen bietet eine bessere Kontrolle über die Materialeigenschaften. Es ist jedoch teurer und es besteht die Gefahr von Brandausbrüchen. 

Polymerabschreckmittel bieten die größte Flexibilität bei der Abkühlungsgeschwindigkeit. Allerdings sind sie teuer und erfordern eine ständige Wartung.

• Korrosion und Verschüttungen: Abschreckmittel auf Wasser- oder Salzlösungsbasis können an Geräten in der Nähe Rost verursachen. Darüber hinaus können verschüttete Öle Fußböden beschädigen und die Rutschgefahr erhöhen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Abschrecken eine hervorragende Möglichkeit ist, die Leistung Ihres Metalls zu verbessern. Durch die Umwandlung von Austenit in Martensit entsteht beim Abschrecken ein sehr hartes und sehr sprödes Metall. 

Schließlich ist es am besten, zu konsultieren Experten für Wärmebehandlung um die optimalen Einstellungen für Ihr Projekt zu gewährleisten. Da verschiedene Metalle unterschiedlich auf das Abschreckhärten reagieren, gibt es keinen Spielraum für Fehler. Die Nichteinhaltung spezifischer Legierungsrichtlinien kann zu kostspieligen Fehlern führen.