Verzug bei der Wärmebehandlung: Spannungsarmglühen, Aufmaß und Bezüge

Niemanden überrascht, dass sich ein Teil bei der Wärmebehandlung bewegt. Überraschend ist, wie viel der Endkosten durch Entscheidungen bestimmt wird, die vor dem Ofen fallen.

Es sind drei: wie viel Aufmaß Sie lassen, ob Sie spannungsarm glühen und von welchen Flächen aus Sie danach neu aufnehmen wollen.

Woher die Bewegung kommt

Zwei Mechanismen, und es lohnt sich, sie zu trennen, weil die Gegenmaßnahmen verschieden sind.

Volumenänderung durch Phasenumwandlung. Austenit wird zu Martensit, und Martensit beansprucht mehr Volumen. Jedes Teil wächst. Bei einem typischen Werkzeugstahl liegt das in der Größenordnung von 0.1-0.2% linear, beeinflusst vom Restaustenitanteil und vom Anlassen. Es ist weitgehend gleichmäßig und weitgehend vorhersagbar: Man kann damit planen.

Verzug durch Temperaturgradienten und Eigenspannungen. Das Teil erwärmt und kühlt ungleichmäßig, verschiedene Querschnitte wandeln zu verschiedenen Zeiten um, und alle Eigenspannungen aus Walzen, Schmieden oder Schruppen werden frei. Das ist nicht gleichmäßig und im Detail nicht vorhersagbar. Es ist der Mechanismus, der eine Platte zu einem Kartoffelchip verzieht.

Gegen Letzteres hilft das Spannungsarmglühen.

Spannungsarmglühen, und warum das Schruppen der Auslöser ist

Ein gewalzter oder geschmiedeter Block kommt mit inneren Spannungen an. Das Schruppen trägt Material asymmetrisch ab, bringt diese Spannungen aus dem Gleichgewicht, und der Block bewegt sich, manchmal sofort, manchmal im Ofen.

Die Standardabfolge für ein durchgehärtetes Teil:

1. Schruppen mit reichlich Aufmaß, bei großen Blöcken typisch 2-3 mm je Seite.
2. Spannungsarmglühen. Auf 600-675 °C erwärmen, etwa eine Stunde je 25 mm Querschnitt halten, langsam abkühlen. Das Teil bewegt sich hier, kontrolliert und ohne Schaden.
3. Vorschlichten, die Bewegung bereinigen und das eigentliche Aufmaß für die Wärmebehandlung stehen lassen.
4. Härten und Anlassen.
5. Schlichten oder Schleifen.

Schritt 2 bei einem großen oder asymmetrischen Teil auszulassen, ist die häufigste Ursache für einen Block, der unbrauchbar aus dem Ofen kommt.

Bei Teilen, die bereits gehärtet sind und fertig geschliffen werden, nimmt ein Spannungsarmglühen bei niedriger Temperatur nach dem Vorschleifen, typisch 25-55 °C unter der Anlasstemperatur, die Schleifspannungen heraus, ohne die Härte zu berühren.

Wie viel Aufmaß stehen bleiben soll

Diese Zahl wünschen sich Betriebe am meisten auf Ihrer Zeichnung, und sie fehlt am häufigsten.

Grobe Richtwerte für das Aufmaß nach der Wärmebehandlung:

Teiltyp	Aufmaß je Seite
Klein, einfach, lufthärtend (A2, D2)	0.1-0.2 mm
Mittlerer Block, lufthärtend	0.2-0.4 mm
Große Platte (>300 mm), lufthärtend	0.4-0.8 mm
Ölhärtend (O1, S7 im großen Querschnitt)	0.3-1.0 mm
Dünne oder asymmetrische Querschnitte, jede Sorte	50-100% zugeben

Lufthärtende Sorten bewegen sich deutlich weniger als ölhärtende: Das ist das zentrale Argument in O1 oder A2. Eine lufthärtende Sorte zu wählen ist oft günstiger, als den Verzug eines Ölhärtens wegzubearbeiten.

Zwei Fehler, die es zu vermeiden gilt:

Zu wenig Aufmaß. Das Teil bewegt sich stärker als das, was Sie gelassen haben, eine tiefe Stelle putzt nicht aus, und der Block ist Ausschuss, samt aller darin steckenden Arbeit.

Zu viel Aufmaß. Nun hartfräsen oder schleifen Sie 1 mm Stahl mit 60 HRC von jeder Fläche. Das ist langsam, teuer und bringt Wärme ins Teil. Siehe Zerspanung nach der Wärmebehandlung.

Bezugsstrategie: der Teil, den alle vergessen

Hier liegt der Fehler, der am meisten kostet und am wenigsten besprochen wird.

Sie bearbeiten ein Teil mit Merkmalen, die von zwei Bezugsflächen aus bemaßt sind. Es geht zur Wärmebehandlung. Es kommt zurück, und diese Bezugsflächen haben sich bewegt: Sie sind nicht mehr eben, nicht mehr rechtwinklig zueinander und nicht mehr dort, wo sie waren.

Der Betrieb muss nun die Bezüge neu herstellen, bevor er irgendetwas schlichten kann. Haben Sie nicht gesagt, wie, wählt er selbst. Wählt er anders, als Ihre Toleranzen bezogen sind, wird jedes Maß vom falschen Ort aus gemessen, und das Teil fällt bei der Prüfung durch, obwohl es geometrisch in Ordnung ist.

Was zu tun ist:

Legen Sie die Bezüge nach der Wärmebehandlung ausdrücklich fest. Ein Vermerk: “Nach der Wärmebehandlung Bezüge A und B durch Schleifen neu herstellen; 0.3 mm Aufmaß an beiden.”

Lassen Sie an den Bezugsflächen mehr Aufmaß als an allem anderen. Sie müssen vollständig ausputzen, weil sich alles andere darauf bezieht.

Wählen Sie die Bezüge, wo möglich, groß, eben und auf massivem Material. Ein Bezug auf einem dünnen Flansch hat sich stärker bewegt als einer auf einem Querschnitt von 40 mm Dicke.

Erwägen Sie einen Opferbezug. Ein zusätzliches Merkmal, etwa eine gefräste Auflagefläche oder ein ausgeriebenes Bohrungspaar, das nur dazu dient, das Teil nach der Wärmebehandlung aufzunehmen und am Ende entfernt wird. Bei komplexen Werkzeugen ist das gängige Praxis und das Material wert.

Was auf die Zeichnung gehört

Ein kurzer Vermerk zur Wärmebehandlung, der vier Dinge abdeckt:

WÄRMEBEHANDLUNG
1. Schruppen, Spannungsarmglühen 650 °C, 1 h / 25 mm Querschnitt, langsam abkühlen.
2. Härten und Anlassen auf 58-60 HRC. Zweimal anlassen.
3. Aufmaß nach WB: 0.3 mm je Seite; 0.5 mm an Bezügen A und B.
4. Bezüge A und B vor dem Schlichten durch Schleifen neu herstellen.

Vier Zeilen. Sie beseitigen den größten Teil der Mehrdeutigkeit, die Angebote für gehärteten Stahl so stark streuen lässt, und sie verhindern die Fehler, die einen Block mit 30 Arbeitsstunden zu Ausschuss machen.

Senden Sie diesen Vermerk mit der Zeichnung in der Anfrage, und Angebote verschiedener Betriebe werden direkt vergleichbar, weil alle denselben Plan kalkulieren.