Erläuterung des Glühprozesses: Techniken, Vorteile und bewährte Verfahren für Hersteller

Das Glühen erfolgt in der Regel nach dem Gießen, was eine unserer Kerndienstleistungen bei HDCEs reduziert die Härte, verbessert die Duktilität und baut innere Spannungen im Metall ab. Dadurch wird sichergestellt, dass das Produkt für eine langfristige Leistung in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen bereit ist.

Was ist Glühen?

Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Bearbeitung von Metallen deutlich erleichtert. Es zählt zu den wichtigsten Wärmebehandlungsverfahren und ist für weitere Fertigungsschritte unerlässlich.

Funktionsweise des Temperns: Kernmechanismen

Prozesse wie Gießen oder Biegen können die Struktur oft beeinträchtigen. Daher wird Glühen eingesetzt, um diese kleinen Defekte zu beheben und die Struktur auszurichten. Während dieses Prozesses treten drei wichtige Veränderungen auf:

• Atommigration: Durch die Wärme erhalten die Atome Energie, die es ihnen ermöglicht, sich zu bewegen und ein geordneteres Muster anzunehmen.
• Luxationsreposition: Versetzungen sind winzige Verwicklungen in der Kristallstruktur, die das Metall härter und spröder machen. Beim Glühen werden diese Verwicklungen reduziert, wodurch das Metall weicher wird.
• Mikrostrukturelle Veränderungen: Die kleinen Kristalle, die als Körner bezeichnet werden, bilden und fixieren die Struktur des Metalls und machen es dadurch stabiler.

Phasen des Glühens

Erholungsphase

Dieser erste Schritt erfolgt bei niedrigeren Temperaturen. Der Prozess repariert Schäden in der Kristallstruktur und baut innere Spannungen ab. Die Haupteigenschaften des Metalls ändern sich jedoch nicht wesentlich.

Rekristallisationsphase

Zu diesem Zeitpunkt erreicht das Metall seine Rekristallisationstemperatur. Neue Körner beginnen zu erscheinen und ersetzen die alten, beschädigten. Dies führt zu einer Struktur mit verbesserter Flexibilität und reduzierter Härte.

Kornwachstumsphase

Wenn die Temperatur nach der Rekristallisation beibehalten wird, neue Körner beginnen sich zu bilden. Diese winzigen Körner verschmelzen zu größeren, wodurch das Material deutlich weicher wird. Dieser Schritt muss jedoch sorgfältig kontrolliert werden, da er sonst andere Eigenschaften beeinträchtigen könnte.

Situationen, in denen Glühen verwendet werden kann

Durch Glühen werden häufige Probleme bei der Herstellung von Gegenständen aus Metall gelöst.

Rückwärtsverfestigung

Kaltbearbeitungsverfahren wie Walzen oder Schmieden können Metalle kaltverfestigen. Durch Glühen wird dieser Effekt umgekehrt, indem das Metall wieder weich und für Fertigungsprozesse bearbeitbar gemacht wird. 

Reduzieren Sie die Schweißverfestigung

Beim Schweißen werden Metalle unter großer Hitze verbunden. Wenn das Metall schnell abkühlt, entstehen hohe Spannungen in der Verbindung. Durch Glühen werden diese Spannungen abgebaut und die Bildung von Rissen verhindert.

Verbessern Sie die elektrische Leitfähigkeit

Bei Metallen wie Kupfer kann die Kaltverfestigung den Stromfluss blockieren und die Effizienz der Drähte beeinträchtigen. Durch das Glühen wird die innere Struktur geglättet, sodass das Metall den Strom besser leiten kann.

Restspannungen entfernen

Restspannungen aus dem Gießen oder der Bearbeitung können das Werkstück verziehen. Durch Glühen stellen wir sicher, dass die Teile für ihren endgültigen Einsatz stabil und belastbar sind.

Arten von Glühprozessen

Spannungsarmglühen

Dieses Verfahren senkt die Eigenspannungen, ohne die Festigkeit des Metalls wesentlich zu verändern. Die Anwendung moderater Hitze über einen kürzeren Zeitraum verhindert Verformungen bei der Bearbeitung. Besonders geschweißte Teile profitieren von diesem Verfahren.

Isothermisches Glühen

Dies ist ein spezielles Verfahren. Dabei wird das Metall nach dem Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt. Das Metall wird an diesem Punkt gehalten, um die Umwandlung zu kontrollieren. Dies kann die Produktion beschleunigen und die Gleichmäßigkeit des Stahls gewährleisten.

Diffusionsglühen

Dies wird auch als Homogenisieren bezeichnet. Dabei wird über längere Zeit hohe Hitze eingesetzt, um chemische Unterschiede in Legierungen auszugleichen. Es wird üblicherweise bei Gussteilen mit ungleichmäßiger Struktur verwendet. Der Abkühlungsprozess muss langsam erfolgen, damit die Atome eine gleichmäßigere Struktur bilden können.

Unvollständiges Glühen

Bei diesem Verfahren wird Stahl auf eine Temperatur erhitzt, die genau zwischen dem unteren (Ac1) und oberen (Ac3) kritischen Punkt liegt. Dies führt zu einer teilweisen Austenitisierung und erzeugt eine verfeinerte Mikrostruktur mit guter Duktilität und Festigkeit.

Komplettes Glühen

Dabei wird der Stahl über die obere (Ac3) kritische Temperatur erhitzt, um eine vollständig austenitische Struktur zu erzeugen. Anschließend wird er im Ofen sehr langsam abgekühlt.

Unterkritisches Glühen

Bei diesem Verfahren wird das Material knapp unter die untere kritische Temperatur erhitzt. Es dient dem Spannungsabbau und der Härtereduzierung des Metalls, ohne dass sich eine austenitische Struktur bildet.

Sphäroidisierendes Glühen

Durch das Kugelformen werden die Karbide im Stahl in kleine, abgerundete Formen umgewandelt. Dadurch lässt sich Kohlenstoffstahl deutlich leichter bearbeiten und die Zähigkeit der Teile wird verbessert.

Rekristallisationsglühen

Bei diesem Verfahren wird das Metall über seinen Rekristallisationspunkt erhitzt, um eine neue, kornfreie Struktur zu erzeugen, die die Duktilität verbessert.

Blankglühen und Freiluftglühen

Das Blankglühen erfolgt in einer kontrollierten Atmosphäre (meist Wasserstoff oder Stickstoff), um Oberflächenoxidation zu verhindern. Dadurch bleibt die Materialoberfläche sauber. Es wird üblicherweise auch für Nichteisenmetalle verwendet.

Allerdings wird das Open-Air-Glühen normalerweise in Gegenwart von Luft durchgeführt. Diese Einwirkung von Sauerstoff führt zu Oberflächenablagerungen, die entfernt werden müssen.

Flammglühen

Hierbei handelt es sich um eine örtlich begrenzte Methode, bei der die Metalloberfläche mit einer kontrollierten Flamme erhitzt wird. Sie eignet sich in der Regel gut für große Teile, die eine präzise Behandlung erfordern.

Abschreckglühen

Dabei wird das Metall auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt, aber nicht langsam, sondern durch Eintauchen in Wasser oder eine andere Flüssigkeit schnell abgekühlt. Dies wird hauptsächlich bei Edelstahl verwendet, um ihn besonders rostbeständig zu machen.

Beta-Glühen

Dies ist ein spezielles Verfahren, das für Titanlegierungen funktioniert. Das Metall wird in seine Beta-Phasenfeldund anschließend kontrolliert abgekühlt, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Prozessschritte und Ausrüstung

Das Tempern erfolgt üblicherweise in drei Hauptschritten:

• Heizung: Das Material wird über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt, wobei die genaue Temperatur von der zu verarbeitenden Legierung abhängt.
• Einweichen: Das Werkstück wird dann für eine festgelegte Zeit bei dieser Temperatur gehalten, damit sich die Struktur vollständig anpassen kann.
• Kontrollierte Kühlung: Der Abkühlungsprozess ist normalerweise langsam und beeinflusst die endgültigen Eigenschaften des Metalls.

Die verwendete Ausrüstung variiert je nach Produktionsmaßstab. Batchöfen werden für kleine Produktionsmengen verwendet, während Durchlauföfen für große Mengen eingesetzt werden. Außerdem werden Vakuum- oder gasgefüllte Kammern verwendet, um Oberflächen vor Oxidation zu schützen.

Vorteile des Glühens

Das Glühen bietet viele klare Vorteile:

• Es verringert die Härte des Metalls und erhöht die Duktilität, was die Bearbeitbarkeit verbessert.
• Es beseitigt schädliche innere Spannungen im Werkstück.
• Darüber hinaus spart es Zeit und verringert den Verschleiß der Schneidwerkzeuge.

Nachteile des Glühens

Sie sollten auch einige Kompromisse beachten, die mit dem Glühprozess einhergehen:

• Der Hauptnachteil besteht darin, dass die Festigkeit des Materials abnimmt, wenn die Hitze nicht richtig kontrolliert wird.
• Vollständige Glühzyklen können viele Stunden dauern, was die Produktionszeit verlängert.
• In Freiluftöfen kann es zu Oberflächenoxidation kommen, die anschließend einer zusätzlichen Reinigung bedarf.

Industrielle Anwendungen

Automobil- und Werkzeugbau

Viele Autoteile werden vor der Bearbeitung geglüht. Dazu gehören:

• Getriebe
• Kurbelwellen
• Gehäusehalterungen

Das Glühen wird auch verwendet, um die Zerspanbarkeit von kohlenstoffreichen Stählen für den Werkzeugbau zu verbessern. Dadurch können vor dem Härten komplexe Formen hergestellt werden.

Bedeutung in Nickellegierungen

Nickellegierungen, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder hoher Korrosionsbeständigkeit eingesetzt werden, profitieren stark vom Glühen. Der Prozess stellt Festigkeit und Spannungsbeständigkeit wieder her und sorgt so für die Zuverlässigkeit kritischer Teile.

Anwendungen für verschiedene Metalle

Kupfer wird geglüht, um seine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erhalten und gleichzeitig das Biegen oder Ziehen zu erleichtern. Aluminiumteile werden ebenfalls behandelt, um ihre Härte zu verringern und innere Spannungen vor der Formgebung abzubauen. Auch Glasprodukte werden geglüht, um Spannungen abzubauen. Ohne diese Behandlung könnten sie beim Abkühlen oder späteren Gebrauch reißen.

Auswahl der richtigen Glühmethode

Die richtige Methode hängt vom Material und dessen Verwendungszweck ab. Für Stahlgussteile vor der Bearbeitung eignet sich das Vollglühen, für geschweißte Teile das Spannungsarmglühen. Der Produktionsabschnitt spielt eine Rolle. Frühes Glühen kann die Umformung erleichtern.

Am besten wenden Sie sich an Wärmebehandlungsexperten, um die richtigen Einstellungen für jeden Auftrag sicherzustellen. Die Einhaltung legierungsspezifischer Richtlinien hilft Ihnen außerdem, kostspielige Fehler zu vermeiden.

Fazit

Ob Sie Kupfer veredeln oder Stahl formen, das Glühen sorgt für optimale Leistung des Materials. Wenn Sie professionelle Glühdienstleistungen suchen, kontaktiere uns für Ihr nächstes Projekt.