Das Härten und Vergüten von Stahl sind zwei Verfahren der Wärmebehandlung, die das Ziel haben, die Eigenschaften des Stahls zu verbessern. Beim Härtungsprozess wird eine harte und verschleißfeste Oberfläche angestrebt, während es beim Vergüten um eine erhöhte Festigkeit geht.
Warum Härten und Vergüten?
In vielen Anwendungsfällen ist eine hohe Härte oder Festigkeit erforderlich. Zum Beispiel müssen Werkzeuge wie Feilenblätter oder Zahnräder sehr hart und verschleißfest sein. Auch bei stark belasteten Bauteilen wie Kurbelwellen ist eine hohe Festigkeit gefordert.
Die Verfahrensschritte
Sowohl das Härten als auch das Vergüten erfolgen in drei Schritten:
- Austenitisieren: Der Stahl wird auf eine Temperatur oberhalb der GSK-Linie erhitzt, so dass sich das Ferritgitter in ein Austenitgitter umwandelt.
- Abschrecken: Der Stahl wird schnell abgekühlt, um die Bildung von Martensit zu ermöglichen. Dabei bleibt der Kohlenstoff zwangsgelöst im Gefüge.
- Anlassen: Der Stahl wird erneut erhitzt, jedoch unterhalb der GSK-Linie. Dadurch wird die Sprödigkeit verringert und die Zähigkeit erhöht.
Der entscheidende Unterschied zwischen Härten und Vergüten liegt im letzten Schritt, dem Anlassen. Beim Härten erfolgt das Anlassen bei niedrigen Temperaturen zwischen 200 °C und 400 °C, während beim Vergüten höhere Temperaturen zwischen 550 °C und 700 °C verwendet werden.
Das Spannung-Dehnungs-Diagramm
Bei einem Zugversuch zeigt sich, dass ein gehärteter Stahl eine höhere Festigkeit besitzt als ein vergüteter Stahl. Allerdings ist der gehärtete Stahl viel spröder und bricht bereits bei geringen Verformungen. Ein vergüteter Stahl hingegen zeichnet sich durch eine erhöhte Zähigkeit und gleichzeitig erhöhte Festigkeit im Vergleich zum Ausgangsgefüge aus.
Einfluss der Legierungselemente und Wahl des Abschreckmittels
Legierungselemente wie Chrom und Nickel können die Martensitbildung beeinflussen. Manche Stähle können aufgrund dieser Elemente im austenitischen Zustand bleiben oder liegen im ferritischen Zustand vor. Solche Stähle sind nicht härtbar, da keine Gamma-Alpha-Umwandlung stattfindet.
Die Wahl des Abschreckmittels hängt von der Legierung ab. Unlegierte Stähle werden in der Regel mit Wasser abgeschreckt, während niedrig legierte Stähle ein milderes Abschreckmittel wie Öl benötigen. Hochlegierte Stähle können sogar an der Luft abgeschreckt werden.
Fazit
Das Härten und Vergüten von Stahl sind wichtige Verfahren, um die Härte, Festigkeit und Zähigkeit des Materials zu verbessern. Durch gezielte Wärmebehandlung können die gewünschten Eigenschaften erzielt werden, um den spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.
