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Was ist Wärmebehandlung？

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Grundlegendes Verfahren der Wärmebehandlung

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Die Wärmebehandlung von Metallen umfasst das Erhitzen, Isolieren und Abkühlen, wodurch die innere Mikrostruktur verändert wird, um die gewünschten physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu erzielen.

Die Atome von Metallen sind in einer besonderen Weise angeordnet und werden durch Wärmeenergie beeinflusst, ohne ihre feste Struktur zu zerstören. Die meisten festen Metalle kommen in der Natur als Kristalle vor. Wenn Metalle abkühlen, beginnen die Atome, sich zu Körnern zusammenzuschließen.

Bei der Wärmebehandlung gibt es drei grundlegende Schritte: Erhitzen, Isolieren und Abkühlen. Verschiedene Wärmebehandlungsverfahren arbeiten in diesen drei Schritten unterschiedlich.

Erhitzen: Durch Erhitzen eines Metalls auf eine bestimmte Temperatur wird seine innere Struktur verändert. Zum Beispiel wird Eisen beim Schmieden von Werkzeugen bis zur Rotglut erhitzt.

Isolierung: Das Halten eines Metalls bei einer bestimmten Temperatur über einen bestimmten Zeitraum, um seine innere Struktur weiter zu stabilisieren.

Abkühlung: Durch Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit können die Größe der Metallkörner und die innere Spannung verändert werden, wodurch sich die Eigenschaften des Metalls ändern. So kann beispielsweise ein schnelles Abkühlen eines erhitzten Metalls dieses härter, aber auch spröder machen.

Grundsätze der Wärmebehandlung

Grundsätze der Phasenumwandlung:

Festkörper-Phasenwechsel: Metallische Werkstoffe unterliegen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs Phasenänderungen, wobei sich eine Kristallstruktur in eine andere umwandelt. Beispielsweise wandelt sich Stahl beim Erhitzen von Ferrit (kubisch-raumzentrierte Struktur) in Austenit (kubisch-flächenzentrierte Struktur) und beim Abkühlen in Martensit (tetragonal-raumzentrierte Struktur) um.

Diffusionsprozess: Bei hohen Temperaturen diffundieren die Atome leichter, wodurch die Verteilung der verschiedenen Elemente im Metall gleichmäßiger wird und sich die Materialeigenschaften verbessern.

Veränderung der Kornstruktur:

Rekristallisation: Durch Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur (Rekristallisationstemperatur) können die verformten Körner neue, spannungsfreie, gleichachsige Körner bilden, wodurch die Kaltverfestigung aufgehoben wird.

Kornwachstum: Während der Zeit, in der das Material bei hohen Temperaturen gehalten wird, wachsen die Körner. Das Kornwachstum verringert die Härte und Festigkeit des Werkstoffs, erhöht jedoch die Plastizität und Zähigkeit.

Die Korngröße beeinflusst die Metalleigenschaften:

Große Körner: Die Atome können sich leichter untereinander bewegen, wodurch das Metall weicher wird.

Kleine Körner: Es ist schwieriger für die Atome, sich untereinander zu bewegen, wodurch das Metall härter wird.

Durch die Steuerung der Erhitzungstemperatur und der Abkühlungsgeschwindigkeit kann die Korngröße eingestellt und damit die Härte und Zähigkeit des Metalls kontrolliert werden.