Der Zweck der Wärmebehandlung besteht darin, die mechanischen Eigenschaften von Stahlrohren und Präzisionsstahlrohren zu verbessern, Eigenspannungen zu beseitigen und die Bearbeitbarkeit von Stahlmetallen zu verbessern. Abhängig von den spezifischen Zielen können Wärmebehandlungsprozesse grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: vorbereitende Wärmebehandlung und abschließende Wärmebehandlung.
Vorbereitende Wärmebehandlung
Das Ziel der vorbereitenden Wärmebehandlung besteht darin, die Verarbeitbarkeit zu verbessern, innere Spannungen zu beseitigen und eine günstige metallurgische Struktur für die abschließende Wärmebehandlung vorzubereiten. Zu den beteiligten Prozessen gehören Glühen, Normalisieren, Altern sowie Abschrecken und Anlassen.
(1) Glühen und Normalisieren
Glühen und Normalisieren werden bei warmbearbeiteten Rohlingen angewendet. Kohlenstoffstähle und legierte Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 1,5 % werden häufig geglüht, um ihre Härte zu verringern und das Schneiden zu erleichtern. Umgekehrt werden Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 3,5 % normalisiert, um eine übermäßige Weichheit zu vermeiden, die beim Schneiden zum Feststecken des Werkzeugs führen kann. Glühen und Normalisieren verfeinern auch Kornstrukturen, homogenisieren Mikrostrukturen und bereiten das Material auf nachfolgende Wärmebehandlungen vor. Diese Prozesse werden normalerweise nach der Rohlingherstellung und vor der Grobbearbeitung durchgeführt.
(2) Alterungsbehandlung
Die Alterungsbehandlung wird in erster Linie verwendet, um innere Spannungen zu beseitigen, die während der Rohlingsherstellung und -bearbeitung entstehen. Für Teile, die allgemeine Präzision erfordern, reicht eine einzige Alterungsbehandlung vor der Endbearbeitung aus, um übermäßigen Transport zu vermeiden. Für Teile mit höheren Präzisionsanforderungen (wie z. B. die Box einer Koordinatenbohrmaschine) können jedoch zwei oder mehr Alterungsbehandlungen erforderlich sein. Einfache Teile erfordern im Allgemeinen keine Alterungsbehandlung.
Abgesehen von Gussteilen werden Präzisionsteile mit geringer Steifigkeit (z. B. Präzisions-Leitspindeln) häufig zwischen der Grob- und Halbfertigbearbeitung mehreren Alterungsbehandlungen unterzogen, um innere Spannungen zu beseitigen und die Verarbeitungsgenauigkeit zu stabilisieren. Einige Axialteile müssen nach dem Richten ebenfalls einer Alterungsbehandlung unterzogen werden.
(3) Vergüten
Beim Abschrecken und Anlassen wird dem Abschrecken ein Hochtemperaturanlassen gefolgt. Dieser Prozess ergibt eine gleichmäßige und feinkörnige angelassene Sorbitstruktur und bereitet das Material auf eine geringere Verformung während des nachfolgenden Oberflächenabschreckens und Nitrierens vor. Somit kann das Abschrecken und Anlassen auch als vorbereitende Wärmebehandlung dienen.
Aufgrund der hervorragenden umfassenden mechanischen Eigenschaften kann das Vergüten auch als abschließende Wärmebehandlung für Teile mit mittleren Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit eingesetzt werden.
Abschließende Wärmebehandlung
Ziel der abschließenden Wärmebehandlung ist die Verbesserung mechanischer Eigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit und Festigkeit.
(1) Abschrecken
Das Abschrecken kann Oberflächenabschrecken oder Durchhärten sein. Oberflächenabschrecken wird häufig verwendet, da es Verformung, Oxidation und Entkohlung minimiert. Es bietet eine hohe äußere Festigkeit, gute Verschleißfestigkeit und behält eine gute innere Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Um die mechanischen Eigenschaften von oberflächenabgeschreckten Teilen zu verbessern, werden oft vorher vorbereitende Wärmebehandlungen wie Abschrecken und Anlassen oder Normalisieren durchgeführt. Der typische Prozessablauf ist: Schneiden → Schmieden → Normalisieren (oder Glühen) → Grobbearbeitung → Abschrecken und Anlassen → Halbfertigbearbeitung → Oberflächenabschrecken → Fertigbearbeitung.
(2) Aufkohlen und Abschrecken
Aufkohlen und Abschrecken eignen sich für kohlenstoffarme und niedriglegierte Stähle. Dieser Prozess erhöht den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche des Teils, was nach dem Abschrecken zu einer hohen Oberflächenhärte führt, während der Kern eine mäßige Festigkeit, hohe Zähigkeit und Plastizität behält. Das Aufkohlen kann entweder vollständig oder teilweise erfolgen, wobei letzteres Aufkohlungsschutzmaßnahmen (z. B. Kupferbeschichtung oder Aufkohlungsschutzbeschichtungen) für nicht aufgekohlte Bereiche erfordert. Aufgrund der erheblichen Verformung und einer Aufkohlungstiefe von typischerweise 5,5 bis 2 mm wird der Aufkohlungsprozess im Allgemeinen zwischen der Halbfertig- und der Fertigbearbeitung geplant.
Der typische Prozessablauf ist: Schneiden → Schmieden → Normalisieren → Grob- und Vorbearbeitung → Aufkohlen und Abschrecken → Fertigbearbeitung.
Wenn der nicht aufgekohlte Teil eines teilweise aufgekohlten Teils vergrößert wird, um die Entfernung überschüssiger aufgekohlter Schichten zu ermöglichen, sollte dieser Entfernungsschritt nach dem Aufkohlen, aber vor dem Abschrecken erfolgen.
(3) Nitrieren
Beim Nitrieren werden Stickstoffatome in die Metalloberfläche eingebracht, um eine Schicht aus Stickstoffverbindungen zu bilden. Die nitrierte Schicht verbessert die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Teils. Da das Nitrieren bei niedrigen Temperaturen mit minimaler Verformung erfolgt und eine dünne Schicht (normalerweise nicht mehr als 0.6-0.7 mm) erzeugt, sollte der Nitriervorgang so spät wie möglich geplant werden. Um die Verformung während des Nitrierens zu minimieren, wird nach dem Schneiden normalerweise ein spannungslösendes Hochtemperaturtempern durchgeführt.
