Die Wärmebehandlung nach dem Gießen ist das kontrollierte Erhitzen und Abkühlen eines Gussteils nach dessen Erstarrung, um die Mikrostruktur und damit die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Ein und dieselbe Legierung kann sich vor und nach der Behandlung sehr unterschiedlich verhalten: Das Glühen macht das Aluminium weich, das Normalisieren verfeinert die Kristallstruktur, das Abschrecken härtet es, das Anlassen stellt die Zähigkeit wieder her und das Auslagern verstärkt es. Sowohl für Gießereien als auch für Abnehmer ist die Behandlung der Schritt, in dem das Gussteil genau auf die Zeichnung abgestimmt wird.
Die Wahl der Behandlung hängt vom Werkstoff, der Wandstärke, der erforderlichen Härte und dem Kostenziel ab. Dieser Leitfaden behandelt die Wirkungsweise der Wärmebehandlung, warum Gussteile eine solche Behandlung benötigen, die wichtigsten Verfahren, wie diese den Gefügeaufbau verändern, welche Metalle darauf ansprechen und wo behandelte Gussteile zum Einsatz kommen.
Die Wärmebehandlung nach dem Gießen erfolgt in der Regel zwischen dem Entformen und der mechanischen Bearbeitung. Das Gussteil wird grob gereinigt, im Ofen behandelt, anschließend bearbeitet und geprüft; daher sollte in der Zeichnung der erforderliche Zustand oder die erforderliche Härte angegeben sein, bevor mit der Bearbeitung begonnen wird.
Was ist eine Wärmebehandlung?
Die Wärmebehandlung ist ein kontrollierter Ablauf aus Erwärmen, Halten und Abkühlen, dem ein Metall unterzogen wird, um dessen Mikrostruktur und damit dessen Eigenschaften zu verändern. Die Arten der Wärmebehandlung basieren alle auf demselben Prinzip: Das Temperaturprofil bestimmt, welche Phasen entstehen, wie fein die Körner sind und wie das Metall auf Belastung, Verschleiß und Bearbeitung reagiert.
Bei Gussteilen erfolgt die Behandlung nach dem Erstarren, weshalb sie als Wärmebehandlung nach dem Gießen bezeichnet wird. Gussteile, die die Form mit grober oder gemischter Struktur verlassen, werden vor der Bearbeitung oder dem Einsatz im Ofen verfeinert.
Warum ist die Wärmebehandlung wichtig?
- Festigkeit und Härte. Durch Abschrecken und Auslagern werden die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Oberflächenhärte von tragenden Bauteilen erhöht.
- Bearbeitbarkeit. Durch das Glühen wird das Gussteil weicher, wodurch die Werkzeuge länger halten und die Toleranzen im Rahmen bleiben.
- Formstabilität. Durch Spannungsabbau und kontrollierte Abkühlung werden Eigenspannungen und Verformungen reduziert, die zu Gussfehler.
- Zähheit. Durch das Anlassen werden die beim Härten verlorene Duktilität und Schlagzähigkeit wiederhergestellt.
- Trage das Leben. Gehärtete Oberflächen sind abriebfest und verlängern die Lebensdauer bei anspruchsvollen Anwendungen.
Arten von Wärmebehandlungsverfahren
Jedes Verfahren nutzt ein anderes Temperatur- und Kühlprofil, um eine unterschiedliche Struktur zu erzeugen.
Glühen
Beim Glühen wird das Gussteil erhitzt, auf Temperatur gehalten und langsam abgekühlt, um das Metall weich zu machen und innere Spannungen abzubauen. Dies verbessert die Zerspanbarkeit und ist bei Grau- und Sphäroguss vor der Bearbeitung üblich. Bei komplexen Querschnitten verringert das Glühen zudem die Gefahr von Verformungen.
Normalisierung
Beim Normalisieren wird das Werkstück über den Umwandlungsbereich hinaus erhitzt und anschließend an der Luft abgekühlt, um die Kornstruktur zu verfeinern und eine gleichmäßigere Struktur zu erzielen. Dies erhöht die Festigkeit und Gleichmäßigkeit, ohne die volle Härte des Abschreckens zu erreichen, und wird häufig gewählt, wenn Profile unterschiedlicher Dicke ein einheitliches Verhalten aufweisen sollen.
Abschrecken und Anlassen
Beim Abschrecken wird das Gussteil schnell abgekühlt, wodurch sich harte Mikrostrukturen bilden; beim Anlassen wird es anschließend auf eine niedrigere Temperatur wiedererwärmt, um die Zähigkeit wiederherzustellen. Diese Kombination sorgt für hohe Festigkeit bei kontrollierter Duktilität und ist das Standardverfahren für Zahnräder, Wellen und Verschleißteile.
Austellungshärtung
Bei der Ausscheidungshärtung werden Legierungselemente bei hoher Temperatur aufgelöst und anschließend als feine Partikel wieder ausgefällt, die die Bewegung von Versetzungen blockieren. Da die Partikel die Struktur fixieren, sorgt diese Behandlung für eine hohe Festigkeit ohne starke Legierung und ist das Standardverfahren für hochfeste Aluminiumgussteile.
Alterung
Das Altern ist der Niedrigtemperaturschritt, der auf die Lösungsglühung folgt – entweder auf natürliche Weise bei Raumtemperatur oder künstlich in einem Ofen. Das künstliche Altern erfolgt bei einer kontrollierten Temperatur über einen festgelegten Zeitraum; das natürliche Altern vollzieht sich langsam bei Raumtemperatur. In beiden Fällen sorgt dieser Schritt dafür, dass die Endfestigkeit der für Aluminiumgussteile verwendeten Zustände T4, T5 und T6 erreicht wird.
Diese Verfahren wirken, indem sie die Vorgänge auf Korn-Ebene verändern. Durch langsames Abkühlen kann Kohlenstoff diffundieren und weichere Strukturen bilden; bei schnellem Abkühlen wird er in härteren Phasen eingeschlossen; durch erneutes Erhitzen wird ein Teil dieser Härte zugunsten von Zähigkeit aufgegeben. Bei gleichem Kohlenstoffgehalt können je nach Profil weiche, zähe oder harte Gussteile entstehen, und Prüfverfahren für Metallguss wie beispielsweise Härtemessungen und metallografische Untersuchungen bestätigen, dass die beabsichtigte Struktur erreicht wurde.
Anwendungsbereiche von wärmebehandelten Gussteilen
Behandelte Gussteile kommen überall dort zum Einsatz, wo Festigkeit, Verschleißfestigkeit oder Gleichmäßigkeit über die Lebensdauer entscheiden und das Material den Behandlungszyklus bestimmt: Grauguss wird in der Regel vor der Bearbeitung spannungsfrei gemacht oder geglüht, Stahlgussteile durchlaufen einen Normalisierungs-, Abschreck- und Anlassprozess, Aluminiumgussteile werden einer Lösungsglüh- und Auslagerungsbehandlung unterzogen, und Edelstahlsorten folgen ihren eigenen Zyklen. Der Wert hängt auch von der Zusammenarbeit mit einem Gusslieferant der den gesamten Wärmebehandlungszyklus steuert.
- Automobil- und Maschinenbau: Zahnräder, Kurbelwellen, Bremskomponenten und Gehäuse, bei denen Festigkeit und Ermüdungslebensdauer gefragt sind.
- Pumpen und Ventile: Druckbehälter, Deckel und Laufräder, bei denen Duktilität und Schlagfestigkeit eine wichtige Rolle spielen.
- Verschleißteile: Mahlkörper, Verschleißplatten und verschleißfeste Bauteile, bei denen gehärtete Oberflächen von Vorteil sind.
- Konstruktions- und Energiekomponenten: Maschinenrahmen, Wind- und Energiekomponenten sowie schwere Gussteile, die gleichbleibende mechanische Eigenschaften erfordern.
Sphäroguss – Hersteller von Gusseisenteilen
Bitte senden Sie die Teilezeichnung, die Einsatzbedingungen sowie die gewünschte Härte oder den gewünschten Härtungsgrad an unsere Ingenieure, und lassen Sie sich die Güteklasse und den Wärmebehandlungszyklus bestätigen, bevor die Werkzeuge fertiggestellt werden. Es ist kostengünstiger, den Zyklus vor Produktionsbeginn richtig einzustellen, als ein Gussteil nachzuarbeiten, das die Spezifikation nicht erfüllt.
