Was ist Wärmebehandlung? Prozess, Arten und Vorteile erklärt

Der Prozess der Wärmebehandlung verändert das Verhalten eines Metalls. Er verbessert Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Flexibilität, wodurch die Teile länger halten und effizienter werden. Dieses Verfahren erweist sich in verschiedenen Branchen als sehr nützlich, beispielsweise in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und im Werkzeugbau.

Was ist Wärmebehandlung?

Bei der Wärmebehandlung wird die innere Struktur eines Metalls durch präzise Heiz- und Kühlzyklen verändert. Dadurch wird das Metall entweder fester oder weicher und lässt sich leichter formen.

Das Hauptziel der Wärmebehandlung ist es, die Härte und Festigkeit des Metalls zu verbessern. Darüber hinaus verbessert sie auch seine Duktilität und Rostbeständigkeit. Dieses Verfahren wird seit vielen Jahren angewendet. Frühe Schmiede nutzten Heiz- und Kühlprozesse, um Werkzeuge und Schwerter zu schmieden. Heute nutzen Fabriken Hightech-Geräte für denselben Prozess.

So funktioniert die Wärmebehandlung: Der grundlegende Prozess

Dieser Prozess umfasst drei Hauptschritte, und für das beste Ergebnis muss jeder Schritt korrekt ausgeführt werden:

• Heizung: Dabei wird das zu bearbeitende Metall auf eine bestimmte Temperatur erhitzt. Die verwendete Temperatur ist dabei metallabhängig.
• Halten: Dabei wird das Werkstück eine Zeit lang auf der eingestellten Temperatur gehalten, sodass sich die Temperatur gleichmäßig im gesamten Teil verteilen kann.
• Kühlung: Anschließend wird das Metall kontrolliert abgekühlt, was sich auf die innere Struktur auswirkt.

Auch die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst die Härte des Metalls. Bei schneller Abkühlung wird das Werkstück sehr hart, bei langsamer Abkühlung weich. Die Heizumgebung – Luft, Vakuum, Salzbad oder Gas – dient unterschiedlichen Zwecken.

Salzbäder sorgen für eine gleichmäßige Erwärmung der Metallteile, während ein Vakuumraum dazu beiträgt, unerwünschte Reaktionen zu verhindern.

Arten von Wärmebehandlungsprozessen

Glühen

Dieses Verfahren dient dazu, Metalle weicher zu machen, sie dehnbarer und leichter bearbeitbar zu machen. Außerdem werden dadurch Spannungen aus Formgebungs- und Schneidprozessen abgebaut. Es wird häufig zur Herstellung von Blechen und Werkzeugen verwendet.

Normalisierung

Dieses Verfahren wird üblicherweise bei geschmiedetem oder gegossenem Stahl angewendet. Es verleiht dem Metall eine gleichmäßige Kornstruktur, verbessert seine Zähigkeit und macht das Metall stabiler. 

Härten

Durch Härten wird die Oberflächenhärte des Metalls verbessert. Das Teil wird erhitzt und schnell abgekühlt, wodurch sich im Inneren eine harte Struktur bildet, die als MartensitDa diese Struktur in der Regel spröde ist, erfolgt im Anschluss an den Prozess ein Tempern.

Temperieren

Dabei wird die Sprödigkeit des Werkstücks verringert und die Zähigkeit verbessert. Das Teil wird auf eine niedrigere Temperatur erwärmt und eine Weile gehalten, um seine Festigkeit und Flexibilität auszugleichen.

Abschrecken

Hierbei wird das Metall sehr schnell abgekühlt. Zur unterschiedlich schnellen Abkühlung können unterschiedliche Medien wie Wasser, Luft oder Öl eingesetzt werden. 

Einsatzhärten (Aufkohlen, Nitrieren)

Bei diesem Verfahren wird nur die Oberfläche des Werkstücks gehärtet, das Innere bleibt jedoch weich. Beim Aufkohlen wird der Metalloberfläche Kohlenstoff zugeführt, beim Nitrieren wird Stickstoffgas verwendet, um eine harte Oberfläche zu erzeugen. Beide Methoden verbessern die Rostbeständigkeit des Teils.

Wärmebehandlung verschiedener Metalle

Stahl

Dies ist das am häufigsten verwendete Metall für die Wärmebehandlung. Der Kohlenstoffgehalt kann angepasst werden, um die Härte oder Zähigkeit zu beeinflussen. Verschiedene Heiz- und Kühlmethoden können die Struktur verändern.

Aluminiumlegierungen

Die Wärmebehandlung von Aluminium kann recht knifflig sein. Da Aluminium bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als Stahl, muss die Hitze sorgfältig kontrolliert werden. Aluminium wird meist durch Ausscheidungshärtung gehärtet, was seine Festigkeit verbessert.

Kupfer, Titan und andere Legierungen

Auch andere Metalle und Legierungen können wärmebehandelt werden. Kupfer wird üblicherweise durch Glühen weicher gemacht, während andere Kupferlegierungen gehärtet werden können. Bei der Wärmebehandlung von Titanlegierungen ist Vorsicht geboten, da diese im heißen Zustand mit Sauerstoff reagieren.

Vorteile der Wärmebehandlung

Ressourcen: AZom – Wie verändert die Wärmebehandlung die Eigenschaften von Stahl?

Die Wärmebehandlung von Metallen bietet zahlreiche Vorteile, beispielsweise:

• Das Verfahren verbessert die mechanischen Eigenschaften von Metallen und sorgt dafür, dass sie unter Belastung deutlich länger halten.
• Es erleichtert auch die Bearbeitung von Metallen, da diese durch Prozesse wie Glühen weicher werden. Hartmetalle bleiben außerdem länger scharf.
• Wärmebehandelte Teile weisen eine bessere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf, was für Werkzeuge wichtig ist, die sauren Umgebungen ausgesetzt sind.
• Das Verfahren verbessert außerdem die Dimensionsstabilität der Teile, wodurch innere Spannungen abgebaut und ein Verziehen des Teils mit der Zeit verhindert wird.

Wärmebehandlungsgeräte und -technologie

Die meisten Fabriken verwenden spezielle Geräte und Werkzeuge zur Steuerung der Wärmebehandlungsprozesse.

Öfen

Im Wärmebehandlungsprozess kommen verschiedene Ofentypen zum Einsatz. Chargenöfen werden zur Behandlung einer Charge auf einmal verwendet und eignen sich am besten für kleine Teile. Durchlauföfen transportieren die beweglichen Teile durch einen langen Heiztunnel und eignen sich am besten für die Bearbeitung großer Stückzahlen.

Auf der anderen Seite, Vakuumöfen Halten Sie die Luft draußen, um Rost oder Oberflächenschäden zu vermeiden. Sie werden hauptsächlich für saubere, hochpräzise Arbeiten verwendet.

Induktions- und Laserhärten

Beim Induktionshärten wird die Oberfläche des Werkstücks mithilfe von Magnetfeldern schnell erhitzt. Dies eignet sich besonders gut für die Herstellung von Wellen oder Zahnrädern. Beim Laserhärten wird dasselbe erreicht, allerdings wird ein sehr heißer und präziser Strahl verwendet, um einen kleinen Punkt zu erhitzen.

Steuerungssysteme

Diese Kontrollsysteme dienen der genauen Überwachung von Temperatur und Zeit. Sie tragen dazu bei, dass das Metall die für die Arbeit erforderliche Behandlung erhält.

Gängige Anwendungen der Wärmebehandlung

Automobilindustrie

In der Automobilindustrie werden aufgrund ihrer Festigkeit viele wärmebehandelte Teile verwendet. Einige dieser Teile sind:

• Getriebe
• Kurbelwellen
• Achsen

Diese Teile müssen wärmebehandelt werden, da sie normalerweise schwere Lasten tragen. Andernfalls würden die Teile schnell verschleißen.

Luft- und Raumfahrt

In Flugzeugen verwendete Teile sind in der Regel großer Hitze und hohem Druck ausgesetzt. Wärmebehandlung wird zur Herstellung von Teilen wie diesen eingesetzt:

• Klingen
• Fahrwerk
• Flugzeugrahmen

Werkzeugbau

Auch bei der Herstellung verschiedener Arbeitswerkzeuge ist die Wärmebehandlung wichtig. Dazu gehören:

• Bohrer
• Matrizen
• Formen

Diese Teile müssen ihre Härte behalten, ohne spröde zu werden. Dieser Prozess lässt sich durch kontrollierte Heiz- und Kühlmethoden erreichen.

Konsumgüter

Die meisten Gegenstände, die wir täglich verwenden, benötigen ebenfalls eine angemessene Festigkeit und Formkontrolle. Wärmebehandlung wird für Gegenstände wie diese verwendet:

• Messer
• Federn
• Schrauben

Auswahl des richtigen Wärmebehandlungsverfahrens

Die Wahl des richtigen Verfahrens für Ihre Aufgabe hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Materialart und Eigenschaften

Die Art des Metalls, mit dem Sie arbeiten, gibt Aufschluss über Ihre Möglichkeiten. Der Legierungsgehalt kann die Temperatur und die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen. Kohlenstoffstahl verträgt den Härtungsprozess gut, bei Aluminium ist jedoch Vorsicht geboten.

Beachten Sie auch die gewünschten Eigenschaften, beispielsweise Festigkeit oder Verschleißfestigkeit.

Professionelle Beratung

Wenn Sie unsicher sind, was zu tun ist, wenden Sie sich am besten an einen Fachmann. Dieser kennt sich mit der Funktionsweise von Metallen am besten aus und bewahrt Sie vor Fehlern und Geldverschwendung.

Fazit

Jedes Teil, das Sie bauen, hängt von der Festigkeit des Metalls ab. Wärmebehandlung hilft Ihnen, die Anforderungen an Festigkeit, Härte und Flexibilität Ihres Projekts zu erfüllen. Wenn Sie noch heute loslegen möchten, unterstützt Sie unser Team gerne.