Wärmebehandlung von Stahl

Wärmebehandlung verändert das Gefüge und damit Härte, Festigkeit und Zähigkeit von Stahl. Grundlage ist das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm. Stahl enthält bis etwa 2 % Kohlenstoff; bei etwa 0,8 % Kohlenstoff liegt der eutektoide Punkt bei 723 °C. Oberhalb der Umwandlungslinien liegt Austenit vor. Untereutektoide Stähle wie C45 erwärmt man zum Härten etwas über die Linie GS, übereutektoide Werkzeugstähle knapp über 723 °C.

Beim Härten wird der Stahl austenitisiert und dann schnell abgeschreckt, in Wasser, Öl oder Luft je nach Stahlsorte. Dabei entsteht das sehr harte, aber spröde Martensit. Damit das Werkzeug nicht bricht, wird es danach angelassen; Spannungen bauen sich ab und die Zähigkeit steigt, die Härte sinkt etwas. Vergüten heißt Härten und Anlassen bei hoher Temperatur und ergibt hohe Festigkeit bei guter Zähigkeit, typisch für Wellen aus 42CrMo4. Glühverfahren wie Spannungsarmglühen, Weichglühen und Normalglühen machen Stahl spannungsarm, besser bearbeitbar oder gleichmäßig feinkörnig. Scharfe Kanten, Querschnittssprünge und zu schroffes Abschrecken führen zu Härterissen und Verzug.

Oft braucht nur die Oberfläche Härte. Beim Einsatzhärten wird ein kohlenstoffarmer Einsatzstahl wie 16MnCr5 in der Randschicht aufgekohlt und dann gehärtet; der Kern bleibt zäh. Flamm- und Induktionshärten härten die Randschicht von Stählen mit genug Kohlenstoff. Nitrieren bildet harte Nitride ohne Abschrecken bei rund 500 °C und verzieht kaum. Die Härte prüft man nach Brinell mit einer Kugel für weichere Werkstoffe, nach Vickers mit einer Diamantpyramide und nach Rockwell HRC mit einem Diamantkegel über die Eindringtiefe.