Abschreckspannung (oder auch Quenching Stress) bezeichnet die inneren Spannungen, die im Metall entstehen, wenn es während des Abschreckvorgangs schnell abgekühlt wird. Diese Spannungen resultieren aus ungleichmäßigen Temperaturunterschieden im Material, wenn die äußeren Schichten schneller abkühlen und sich zusammenziehen als der noch heiße innere Kern. Die unterschiedlichen Abkühlraten führen zu Spannungen, die Risse oder Verformungen im Werkstück verursachen können, insbesondere bei dickeren oder komplex geformten Bauteilen.

Ursachen der Abschreckspannung

• Ungleichmäßige Abkühlung: Beim Abschrecken kühlen die äußeren Schichten des Metalls schneller ab als der Kern. Dadurch ziehen sich die Oberflächenschichten zusammen und erzeugen Druck auf den inneren Bereich, der langsamer abkühlt und noch „weicher“ ist.
• Phasenumwandlungen: Beim Abkühlen verändern sich die Kristallstrukturen des Metalls (zum Beispiel entsteht bei Stahl Martensit). Diese Umwandlungen können das Volumen des Materials ändern, was zusätzliche Spannungen erzeugt.
• Thermischer Schock: Ein sehr schneller Wärmeverlust – besonders bei sehr kalten oder sehr leitfähigen Abschreckmitteln wie Wasser – führt zu extremen Temperaturdifferenzen und kann zu thermischem Schock führen.

Methoden zur Vermeidung von Abschreckspannungen

• Kontrollierte Abkühlrate: Eine langsame oder abgestufte Abkühlung hilft, die Spannungen zu reduzieren. Anstelle eines plötzlichen Abschreckens in kaltem Wasser kann beispielsweise Öl verwendet werden, das langsamer kühlt als Wasser. Alternativ kommen auch Salzlösungen mit abgestimmten Kühlraten zum Einsatz.
• Vorgewärmte Abschreckmedien: Durch das Vorwärmen des Abschreckmediums (z.B. Öl oder Wasser auf eine bestimmte Temperatur) lässt sich die Abkühlgeschwindigkeit senken. Ein vorgewärmtes Medium führt zu einer gleichmäßigeren Wärmeabfuhr und reduziert so das Risiko für hohe Spannungen.
• Zwischenabschrecken: Dabei wird das Metall in mehreren Stufen abgeschreckt. Es wird zunächst in einem mäßig warmen Medium abgeschreckt und anschließend weiter abgekühlt. Diese Technik wird oft bei komplex geformten Bauteilen angewandt.
• Entspannen nach dem Abschrecken: Durch eine nachfolgende Wärmebehandlung, das sogenannte Anlassen, können die Spannungen reduziert werden. Beim Anlassen wird das Werkstück auf eine moderate Temperatur erhitzt, sodass sich die inneren Spannungen abbauen können, ohne die erreichte Härte zu verlieren.
• Verwendung geeigneter Materialien: Einige Stahlsorten sind für das Abschrecken besser geeignet und entwickeln weniger Spannungen. Hochlegierte Stähle oder speziell auf das Abschrecken abgestimmte Legierungen neigen oft weniger zu Abschreckspannungen.
• Modifikationen der Bauteilgeometrie: Durch das Vermeiden von scharfen Ecken und ungleichmäßigen Wanddicken im Design lässt sich das Risiko von Spannungen verringern, da solche Geometrien oft als Spannungskonzentratoren wirken.

Abschreckspannungen lassen sich durch kontrollierte Abkühlraten, geeignete Abschreckmedien und nachträgliche Wärmebehandlungen gut kontrollieren. Ein durchdachter Abschreckprozess hilft, die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen, ohne das Risiko von Rissen oder Verformungen einzugehen.