Wärmebehandlung
Wärmebehandlung ist gemäß DIN EN ein Verfahren oder Verbindung mehrerer Verfahren zur Behandlung eines Werkstückes, wobei das Werkstück Änderungen der Temperatur oder des Temperaturablaufes unterworfen wird, um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Dabei können umgebende Mittel Änderungen, z.B. des Kohlenstoff- oder Stickstoffgehaltes, herbeiführen. Eine Warmumformung oder mit Erwärmung verbundene Verfahren der Oberflächenschutzes fallen nicht unter den Begriff der Wärmebehandlung.
Verfahren
Unter Wärmebehandlung sind Verfahren zur Behandlung von Werkstoffen durch thermische, chemisch-thermische oder mechanisch-thermische Einwirkung zu verstehen mit dem Ziel, optimale Gebrauchseigenschaften zu erreichen.
In der Wärmebehandlung unterscheidet man grundsätzlich zwischen Verfahren, die eine durchgreifende Gefügeumwandlung bewirken und Verfahren, die lediglich eine Umwandlung an der Oberfläche eines Werkstückes verursachen. Zu den erstgenannten Verfahren gehören beispielsweise das Glühen und das Härten, d. h. die thermischen Verfahren. Die zweitgenannten Verfahren zählen zu den Diffusions- und Beschichtungsverfahren bzw. zu den thermochemischen Verfahren (z. B. Aufkohlen, Einsatzhärten, Nitrieren, Borieren).
Eine weitere Möglichkeit der Einteilung kann in fertigungsorientierte oder beanspruchungsorientierte Verfahren erfolgen.
Fertigungsorientierte Verfahren
- Spannungsarmglühen
- Weichglühen
- Normalglühen
- Grobkornglühen
- Diffusionsglühen
- Rekristallisationsglühen
Beanspruchungsorientierte Verfahren
thermische Wärmebehandlung
- Härten
- Vergüten
- Bainitisieren
- Randschichthärten, u.a.
thermochemische Wärmebehandlung
- Aufkohlen
- Carbonitrieren
- Nitrieren
- Nitrocarburieren, u.a.
Vor allem Werkstoffe wie Metalle und deren Legierungen sowie Kunststoffe werden zur gezielten Einstellung ihrer Eigenschaften wärmebehandelt. Wärmebehandlungen an Keramiken werden üblicherweise nur im Rahmen des Herstellungsprozesses (beim Sintern) durchgeführt.
Der zu behandelnde Werkstoff durchläuft verschiedene Temperaturen in unterschiedlichen Zeiten (Temperatur-Zeit-Verlauf) und wird anschließend in Abhängigkeit von Werkstoff und Verfahren in unterschiedlichen Medien (Wasser, Öl, Salz, Schutzgas, Luft) unterschiedlich schnell abgekühlt. Die Reichweite erstreckt sich hierbei von der Ofenabkühlung bis hin zum schroffen Abschrecken, um bestimmte technologische Eigenschaften (Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Gefüge, etc.) einzustellen.
Zusätzlich können chemische Einflüsse, mechanische oder andere Beanspruchungen gezielt wirken. Das jeweilige Verfahren wird in geeigneten Wärmebehandlungsanlagen durchgeführt.
Es können eine Vielzahl an Werkstoffen speziell zur Erhöhung der Festigkeit wärmebehandelt werden, beispielsweise bestimmte Legierungen des Aluminiums und Titans (Aushärten) und des Kupfers. Hierbei liegt in allen Fällen ein Lösungsglühen mit Abschreckung und anschließender Ausscheidungshärtung vor. Alle metallischen Werkstoffe können (falls erwünscht oder für weitere Verarbeitung notwendig) weichgeglüht werden. Mitunter ist dies als Zwischenschritt bei der Kaltumformung sogar zwingend notwendig.
Für die Wirtschaftlichkeit eines Werkzeuges oder Bauteiles ist die sorgfältige Wärmebehandlung von ausschlaggebender Bedeutung. So kann ein hochlegierter Werkzeugstahl, wenn er falsch wärmebehandelt wurde, schlechtere technologische Eigenschaften haben, als ein niedrig legierter Stahl, welcher richtig wärmebehandelt wurde. Ein hochwertiger, korrekt wärmebehandelter Werkzeugstahl wird dagegen immer bessere Eigenschaften für den jeweiligen Anwendungsfall aufweisen. Um qualitativ hochwertige Produkte zu erzeugen ist eine effiziente Steuerung dieser energieintensiven Prozesse notwendig. Diese beinhaltet den sinnvollen Einsatz von Steuer-/Regelungselementen, Brennertechnologie und eine abgestimmte Kombination verschiedenster Feuerfestprodukte (wie Feuerleichtsteine und Hochtemperaturwolle).