Einleitung

Die im Kapitel Glühverfahren erläuterten Wärmebehandlungsverfahren bezogen sich vorwiegend auf die Verbesserung der fertigungstechnischen Eigenschaften wie Umformbarkeit, Zerspanbarkeit, etc. Für viele Fälle ist jedoch in besonderem Maße eine hohe Härte oder hohe Festigkeit erforderlich.

Dies zeigt sich beispielsweise an einem Feilenblatt, das in der Fertigung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken zum Einsatz kommt. Damit die Feile das Material vom zu bearbeitenden Werkstück abnimmt und dabei nicht selbst stumpf wird, muss dieses entsprechend verschleißfest und damit sehr hart sein. Aber auch Zahnräder müssen an den Kontaktstellen sehr hart und verschleißfest sein.

Ein Anwendungsfall bei dem nicht unbedingt eine sehr große Härte, dafür aber eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guten Zähigkeitswerten benötigt wird, zeigt sich am Beispiel einer Kurbelwelle. Sie unterliegt aufgrund der starken Motorkräfte hohen Belastungen und muss deshalb eine große Festigkeit aufweisen.

Je nachdem ob das Erzielen einer hohen Härte oder Festigkeit/Zähigkeit bei einem Bauteil im Vordergrund steht, haben sich die speziellen Wärmebehandlungsverfahren Härten bzw. Vergüten entwickelt. Sowohl das Härten als auch das Vergüten vollzieht sich dabei prinzipiell in drei Schritten:

  1. Austenitisieren → Erwärmen auf oberhalb der GSK-Linie ins Austenitgebiet
  2. Abschrecken → Rasches Abkühlung auf unterhalb der \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlung
  3. Anlassen → Nochmaliges Erwärmen auf moderate Temperaturen mit langsamer Abkühlung

Härten, Vergüten, Austenitisieren, Abschrecken, Anlassen, Festigkeit, Zähigkeit

Abbildung: Ablaufdiagramm des Härtens und Vergütens

Der Unterschied zwischen Härten und Vergüten besteht lediglich im letzten Prozessschritt, dem sogenannten Anlassen. Während beim Härten der Stahl nur bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich zwischen 200 °C und 400 °C angelassen wird, liegen die Anlasstemperaturen beim Vergüten höher (im Bereich zwischen 550 °C und 700 °C). Dieser zunächst gering erscheinende Unterschied hat allerdings große Auswirkungen auf das entstehende Gefüge und entscheidet darüber, ob beim Stahl eine hohe Härte oder eine hohe Festigkeit/Zähigkeit erzielt wird. In den nächsten Abschnitten werden die einzelnen Verfahrensschritte des Härtens bzw. Vergütens sowie die dabei stattfindenden Gefügeänderungen im Detail erläutert.

Härten, Vergüten, Diagramm, Temperatur, Austenitisieren, Abschrecken, Anlassen

Abbildung: Temperaturverlauf beim Härten bzw. Vergüten

Im Gegensatz zu den Glühverfahren wie Normalglühen, Weichglühen, Grobkornglühen, Rekristallisationsglühen und Spannungsarmglühen wird bei den Wärmebehandlungsverfahren Härten bzw. Vergüten grundsätzlich nicht langsam sondern relativ schnell abgekühlt (Abschrecken genannt), sodass die gewünschte Gefügeänderung eintritt. Während bei den Glühverfahren die treibende Kraft für die jeweilige Gefügeänderung stets die Erreichung eines energieärmeren Zustandes ist (thermodynamisches Gleichgewicht), handelt es sich bei beim Härte bzw. Vergüten um einen thermodynamischen Ungleichgewichtszustand des Gefüges. Das Einstellen des thermodynamischen Gleichgewichtes wird dabei durch die rasche Abkühlung gezielt verhindert. Aus diesen prinzipiellen Unterschieden heraus, werden die Wärmebehandlungsverfahren Härten/Vergüten in der Regel separat zu den Glühverfahren gelistet.

In den nachfolgenden Abschnitten wird auf die einzelnen Prozessschritte des Härtens bzw. Vergütens näher eingegangen.