Maß- und Formänderungen bei der Wärmebehandlung

Bei nahezu allen Härteverfahren treten Maß- und Formänderungen infolge der Wärmebehandlung auf. Diese ungewollten Veränderungen der Werkstückgeometrie sind nicht zu verhindern, da eine gewollte Gefüge-Änderung bei der Wärmebehandlung zu Umwandlungs- und Wärmespannungen führen. Das Auftreten von Umwandlungsspannungen bei der Wärmebehandlung ist ursächlich begründet in den spezifischen Volumen der Gefügearten Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Austenit,

Es ist nahezu nicht möglich Werkstücke klassisch zu härten, ohne dass dabei ungewollt Martensit entsteht. Dies führt zwangsläufig zu einer maßlichen Veränderung, die sich in einer Verlängerung des Werkstückes in Walzrichtung manifestiert. Aber auch ohne eine Gefügeveränderung durch das Härten entstehen Wärmespannungen während des Wärmebehandlungsprozesses. Beispielsweise durch das Abkühlen oder Abschrecken treten Wärmespannungen auf, die die ursprüngliche Werkstückgeometrie verändern. Diese Wärmespannungen entstehen alleine schon durch die hohen Temperaturdifferenzen zwischen dem Werkstück-Kern und der -Oberfläche. Überschreitet die Spannung die Streckgrenze, verformt sich der Stahl plastisch. Die Verformung ist dabei umso größer, desto höher die Abschrecktemperatur und die Abschreckgeschwindigkeit ist oder die Wärmeleitfähigkeit und Warmfestigkeit des Werkstückes besonders klein sind. Auch die Wärmeausdehnung und die Größe des Werkstückes üben einen entscheidenden Einfluss auf die Verformung aus. Die elastischen Eigenspannungen von Stahl bei Raumtemperatur werden beim Härten plastisch abgebaut, da sich die Streckgrenze mit ansteigender Temperatur reduziert.

Maß- und Formänderungen in der Fertigung vermeiden

Viele Maß- und Formänderungen, insbesondere durch Asymmetrien verursacht, lassen sich trotz allem vermeiden, in dem in der Konstruktionsphase auf eine symmetrische Ausgestaltung geachtet wird. Auch große Querschnittsunterschiede oder scharfe Kanten fördern das Entstehen von Maß- und Formänderungen und können in der Planung entsprechend vermieden werden. Bei der mechanischen Produktion führt eine einseitige Spanabnahme zum einseitigen Verbleib der vom Walzen beeinflussten Randzone und damit ebenso zu vermeidbaren Asymmetrien im Gefügeaufbau. Gleiches gilt für eine einseitige Spanabnahme, die bei einem anschließendem Walzen die Randzonen zum Ausbilden von Asymmetrien im Gefügeaufbau verleitet.

Gemein ist allen vermeidbaren Produktionsprozessen, dass die Maß- und Formänderungen bei der Wärmebehandlung sichtbar werden, die Wärmebehandlung diese jedoch nicht verursacht.

Maßnahmen zur Verringerung von Maß- und Formänderungen

Um eine Verringerung von Maß- und Formänderungen zu erreichen, lassen sich folgende Maßnahmen einsetzen:

• Reduzierung der Eigenspannungen des Werkstückes mittels Zwischenglühen oder „Weichvergüten“
• Zwangshaltung der Form mittels Quettenhärten (Präzisionshärten)
• Vermeidung oder die massive Reduzierung von Asymmetrien im Werkstoff bei der Konstruktion und in der Fertigung
• Die Verwendung von Werkstoff-Materialien mit einer weniger kritischen Abschreckgeschwindigkeit