Wärmebehandlung - die Technologie

Vakuum-Wärmebehandlung / Verfahrensweise

Die Wärmebehandlung unter Vakuum bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Je nach Verbundwerkstoff und den gewünschten Eigenschaften des Fügeteils haben sich verschiedene Vorgehensweisen etabliert.

Bei all diesen Wärmebehandlungsverfahren dient die Vakuumatmosphäre der Vermeidung unerwünschter Wechselwirkungen zwischen Werkstück und Umgebung. 

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Vergüten

Das Vergüten von Stählen dient der Einstellung bestimmter Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften. Das Verfahren des Vergütens besteht aus zwei Prozessschritten. In einer ersten Stufe wird das zu behandelnde Material zunächst austenitisiert. Hierzu werden im Vakuumofen je nach Werkstoff Temperaturen um 900°C-1000°C eingestellt. Dabei wandelt sich das Stahlgefüge vollständig in den sogenannten Austenit um. Nach einer ausreichend langen Haltedauer, welche abhängig von der Bauteilgeometrie ist, wird der Stahl abgeschreckt. Dies erfolgt in PVA-Vakuumöfen über eine spezielle Schnellkühleinrichtung, die ein direktes Anblasen der Charge mit gekühltem Prozessgas, wie z.B. Stickstoff oder Argon, erlaubt. Zur Steigerung der Kühlwirkung kann der Schnellkühlprozess auch im Überdruckbereich bis zu 1,4 bar erfolgen. Die hiermit erzielbaren Abkühlgeschwindigkeiten reichen aus, um bei den sogenannten lufthärtenden Stählen das gewünschte martensitische Gefüge einzustellen.

Im Martensit liegt der Kohlenstoff des Stahles zwangsgelöst vor und sorgt für eine starke Gitterverspannung im Gefüge und somit für eine hohe Materialhärte. Für technische Anwendungen ist ein derart behandeltes Material aufgrund seiner hohen Sprödigkeit ungeeignet. Daher wird das abgeschreckte Werkstück in einer zweiten Prozessstufe angelassen. Ziel des Anlassens ist es, die Zähigkeitseigenschaften gegenüber dem gehärteten Zustand zu verbessern. Über die Anlasstemperatur und Anlassdauer können die Werkstoffeigenschaften, insbesondere Festigkeit, Härte und Zähigkeit, in weiten Bereichen eingestellt werden.

Rekristallisationsglühen

Ziel des Rekristallisationsglühens ist die Umbildung des infolge einer Kaltverformung gerichteten Gefüges und damit die Wiederherstellung der ursprünglichen Werkstoffeigenschaften. Typische Rekristallisationstemperaturen liegen bei unlegierten Stählen zwischen 450 und 600°C, bei mittel- bis hochlegierten Stählen zwischen 600 und 800°C. Das Rekristallisationsglühen wird vornehmlich nach Umformprozessen durchgeführt, um das stark verformte Gefüge des Werkstücks zu entspannen und neu zu orientieren. 

Diffusionsglühen

Beim Diffusionsglühen werden Gefügeinhomogenitäten bzw. Konzentrationsunterschiede im Werkstück eliminiert. Da Diffusionsprozesse in Feststoffen stark temperaturgesteuert sind, werden Diffusionsglühungen bei sehr hohen Temperaturen (zumeist zwischen 1050 und 1250°C) und häufig über lange Glühzeiten (bis zu 50 h) ausgeführt. Ein Beispiel ist das Diffusionsglühen von Nickelbasis-Lötverbindungen bei Temperaturen um 1000°C. Während des Glühprozesses kommt es zu einer Konzentrationsverschiebung der im Lotwerkstoff gelösten Metalloide in Richtung des Grundwerkstoffes. Hierdurch wird der Bildung von Hartphasen in der Lötnaht entgegengewirkt und die Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit der Lötverbindung deutlich erhöht. 

Blankglühen

Beim Blankglühen dient das Vakuum nicht als Schutzatmosphäre, sondern als Funktionsatmosphäre. Das Blankglühen wird bei leicht oxidierten Werkstücken eingesetzt und dient der Beseitigung der Oxide. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist das Blankglühen von Kupfer. So kann Kupferoxid bereits bei Temperaturen um 900°C im Hochvakuum problemlos reduziert und entfernt werden. Ebenso werden Blankglühprozesse im Hochvakuum bei Stählen eingesetzt.

Entgasungsglühen

Beim Entgasungsglühen erden bei hohen Temperaturen die im Werkstück gelösten Gase freigesetzt und über die Vakuumpumpen abgesaugt. Hierdurch wird der Gasgehalt im Werkstück reduziert, was für verschiedene Hochtemperaturanwendungen in Ultrahochvakuumatmosphäre von Bedeutung ist. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist das Wasserstoffentgasen von Stählen.

Rein- oder Reinstglühen

Beim Rein- oder Reinstglühen dagegen werden mit Hilfe einer Wasserstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen fest haftende Oberflächenverunreinigungen, wie z.B. sehr dünne Kohlenstoffanhaftungen, entfernt. Hierbei macht man sich die reduzierende Wirkung des Wasserstoffs zu Nutze, welches mit dem Kohlenstoff zu flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen reagiert. Reinstglühprozesse werden auch unter Hochvakuum ausgeführt, wenn die Oberflächenkontaminationen aus organischen oder leicht flüchtigen Restbestandteilen bestehen. Die Hochvakuumatmosphäre führt dann zu einem Abdampfen der Verunreinigungsbestandteile.

Lösungsglühen

Das Lösungsglühen wird hauptsächlich bei austenitischen Edelstählen angewandt und dient überwiegend dem Lösen von Ausscheidungsphasen (z.B. Karbiden) in Mischkristallen. Durch eine rapide Abkühlung kann eine erneute Ausscheidung von Karbiden verhindert werden. Weiterhin kann das Lösungsglühen auch den Abbau von Kaltverfestigungen hervorrufen und so ein spannungsärmeres Gefüge generieren. Üblicher Temperaturbereich für diese Wärmebehandlung liegt bei 900°C bis 1100°C.

 
 

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