Wärmebehandlung von Metallen
Die Wärmebehandlung von Metallen ist ein Prozess, der die innere Mikrostruktur oder Oberflächenchemie eines Produkts verändert, um dessen Leistung und Qualität zu verbessern. Mit bloßem Auge sind diese Veränderungen meist nicht erkennbar. Gleichzeitig bleiben Form und allgemeine chemische Zusammensetzung des Teils unverändert.
Stahl ist aufgrund seiner komplexen Mikrostruktur, die durch Wärmebehandlung kontrolliert wird, der beliebteste Werkstoff im Maschinenbau. Neben Stahl werden auch Metalle und Legierungen wie Aluminium, Kupfer, Magnesium und Titan wärmebehandelt, um ihre mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften zu verändern.
Arten der Wärmebehandlung
Bei der allgemeinen Wärmebehandlung wird das gesamte Teil erhitzt und anschließend mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgekühlt, wodurch sich seine mechanischen Eigenschaften ändern. Hauptarten der Wärmebehandlung von Stahl:Glühen, Normalisieren, Härten und Anlassen.
Glühen
Das Produkt wird auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, eine bestimmte Zeit lang gehalten und dann langsam abgekühlt.
Ziel: Eigenspannungen reduzieren, Bearbeitbarkeit verbessern oder für weitere Bearbeitungsschritte vorbereiten.
Normalisierung
Erhitzen des Teils auf die erforderliche Temperatur und anschließendes Abkühlen an der Luft. Bietet eine feinere Struktur und verbessert die mechanischen Eigenschaften.
Härten
Erhitzen auf eine hohe Temperatur und anschließendes schnelles Abkühlen in Wasser, Öl oder speziellen Lösungen. Erhöht die Härte von Stahl, macht ihn aber spröde.
Urlaub
Nach dem Aushärten wird das Material auf eine Temperatur unter 650 Grad erhitzt, gehalten und abgekühlt. Dadurch wird die Sprödigkeit des Stahls verringert und gleichzeitig seine Festigkeit erhalten.
Wärmebehandlungsstufen
Der Wärmebehandlungsprozess umfasst drei Phasen:Erhitzen, Halten und Kühlen.
Hitze
Die Beheizung erfolgt mit Brennstoff (Kohle, Gas) oder Elektroheizung, was eine genauere Steuerung des Prozesses ermöglicht. Um Oxidation zu verhindern, wird die Metalloberfläche mit einer Atmosphäre aus Inertgasen, Beschichtungen oder Vakuum geschützt.
Auszug
Sobald die erforderliche Temperatur erreicht ist, wird das Produkt gehalten, um eine gleichmäßige Erwärmung und Strukturveränderungen zu gewährleisten.
Kühlung
Die Abkühlgeschwindigkeit wird durch die Art der Behandlung bestimmt: langsames Abkühlen zum Glühen, schnelleres Abkühlen zum Normalisieren und schnelles Abkühlen zum Härten.
Zwecke der Wärmebehandlung
Erhöhte Härte und Festigkeit: Abschrecken und Anlassen erhöhen die Verschleiß- und Schlagfestigkeit.
Viskositätsverbesserung: Glühen und Normalisieren verringern die Sprödigkeit.
Internen Stress abbauen: Spannungen, die bei der Verarbeitung entstehen, werden eliminiert.
Erhöhte Bearbeitbarkeit: Durch das Glühen wird das Material weicher, was das Schneiden und Bohren erleichtert.
Korrosionsbeständigkeit: Die Härtung der Oberflächenschicht verbessert die Haltbarkeit.
Optimierung der Kornstruktur: Die Normalisierung verbessert die mechanischen Eigenschaften und macht das Material homogen.
Wärmebehandlung verschiedener Stähle
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffarmer Stahl: Glühen (700–750 Grad) oder Normalisieren (870–920 Grad).
Stahl mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt: Härten (760–820 Grad) und Anlassen (150–650 Grad).
Legierter Stahl
Härten (850–900 Grad), gefolgt von Anlassen (300–650 Grad), was ein präzises Gleichgewicht von Härte und Zähigkeit gewährleistet.
Werkzeugstahl
Für maximale Härte und verringerte Sprödigkeit wird es geglüht (700–900 Grad), gehärtet und angelassen (150–500 Grad).
Edelstahl
Rekristallisationsglühen (1000–1150 Grad) verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Abschrecken und Altern erhöhen bei martensitischen Stählen die Festigkeit.
Vorsichtshinweise zur Wärmebehandlung
Überhitzen: Verursacht eine Kornvergröberung und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften.
Verformung: Das Risiko steigt, wenn das Kühlregime nicht eingehalten wird.
Oxidation und Dekarbonisierung: Reduziert die Oberflächenhärte.
Wasserstoffversprödung: Reduziert Duktilität und Festigkeit beim Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre.
Um diese Risiken zu minimieren, werden Vakuumöfen, Schutzbeschichtungen und Temperaturkontrolle eingesetzt.
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