Abschrecken

Wird der Stahl aus dem austenitisierten Zustand nicht wieder langsam abgekühlt sondern einer relativ raschen Abkühlung unterzogen, so bleibt dem gelösten Kohlenstoff nicht mehr genügend Zeit aus dem Austenitgitter auszudiffundieren. Ein solches plötzliches Abkühlen wird auch als Abschrecken bezeichnet.

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Abbildung: Temperaturverlauf beim Härten bzw. Vergüten

Der Kohlenstoff bleibt während des Abschreckens trotz der Gitterumwandlung im sich bildenden Ferritgitter zwangsgelöst. Die kubisch-raumzentrierten Elementarzellen des Ferrits werden durch die darin zwangsgelösten Kohlenstoffatome tetragonal aufgeweitet. Es handelt bei der tetragonal aufgeweiteten Gitterstruktur letztlich um eine neue Gefügeart, die als Martensit bezeichnet wird. Unter dem Mikroskop ist der Martensit als nadel- bzw. plattenförmige Struktur zu erkennen (Martensitplatten).

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Abbildung: Gefügeänderung beim Abkühlen

Die Entstehung des Martensitgefüges kann mithilfe des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms nicht mehr erklärt werden, da Phasendiagramme grundsätzlich nur für relativ langsame Abkühlgeschwindigkeiten gelten, bei denen sich stets ein thermodynamisches Gleichgewicht im Gefüge einstellen kann. Das Einstellen des Gleichgewichtszustandes wird beim Abschrecken ja gerade gezielt verhindert.

Die abgebildeten Schliffbilder zeigen Gefüge von gehärteten Stählen. Zu sehen ist das nadelförmige Martensitgefüge. Der Stahl C45 wurde dabei nach einer einstündigen Austenitisierung bei 820 °C in Wasser abgeschreckt.

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Abbildung: Gefüge eines gehärteten Stahls (C45)

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Abbildung: Gefüge von 25CrMo4

Ein Stahl enthält grundsätzlich wesentlich weniger Kohlenstoffatome als Elementarzellen vorhanden sind. Somit erfährt auch nicht jede Elementarzelle eine tetragonale Aufweitung. Dies führt entsprechend zu einer starken Gitterverzerrung während des Abschreckens. Das verzerrte Martensitgefüge ist im Gegensatz zum ferritisch-perlitischen Gefüge sehr hart. Gleichzeitig führt die martensitische Gitterverzerrung allerdings zu einer extrem starken Behinderung der Versetzungsbewegung. Hierdurch wird die Verformbarkeit des Stahls enorm herabgesetzt, während die Festigkeit ansteigt.

Der großen Härte bzw. der festigkeitssteigernden Wirkung nach dem Abschrecken steht allerdings die enorme Sprödigkeit des Martensitgefüges entgegen. Reiner Martensit besitzt keine Gleitebenen und lässt sich somit auch nicht plastisch verformen. Vor allem bei übereutektoiden Stählen tritt durch den zusätzlichen Korngrenzenzementit eine erheblich Versprödung ein. Aus diesem Grund werden überperlitische Stähle im Vorfeld häufig weichgeglüht. Der Stahl ist im Zustand nach dem Abschrecken so gut wie nicht zu gebrauchen. Er würde unter Belastung so gut wie keine Verformung zulassen und sofort brechen. Bereits ein Aufprall auf einen harten Betonboten könnte zum sofortigen Zerbrechen des abgeschreckten Stahls führen. Der Zustand des Stahls wird nach dem Abschrecken deshalb auch als glashart bezeichnet.

Um dem abgeschreckten Stahl die für den Gebrauch notwendige Zähigkeit wiederzugeben, muss das Gefüge nachträglich nochmals behandelt werden. Dies geschieht durch eine Wärmebehandlung, auf die im folgenden Abschnitt näher eingegangen wird.

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