Lernfeld 6 · Prüfung Teil 1

Gefüge, Wärmeeinfluss, Spannungsarmglühen und Richten

Gefüge von Stahl, Wärmeeinfluss beim Schweißen, Kohlenstoffäquivalent, Eigenspannungen, Spannungsarmglühen sowie Kalt- und Flammrichten.

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Darum geht es

Unlegierter Baustahl besteht nach langsamer Abkühlung aus weichem Ferrit und Perlit, einem streifigen Gemenge aus Ferrit und hartem Zementit. Je mehr Kohlenstoff, desto mehr Perlit; bei rund 0,8 % besteht der Stahl ganz aus Perlit. Beim Erwärmen über etwa 723 °C wandelt sich das Gefüge in Austenit um. Kühlt Austenit sehr schnell ab, entsteht harter, spröder Martensit.

Beim Schweißen durchläuft der Grundwerkstoff neben der Naht alle Temperaturen. Direkt an der Schmelzlinie wächst das Korn, die Zähigkeit sinkt. Dicke, kalte Bauteile ziehen die Wärme schnell ab; dann kann die Wärmeeinflusszone aufhärten, und mit Wasserstoff drohen Kaltrisse. Wie stark ein Stahl dazu neigt, beschreibt das Kohlenstoffäquivalent aus dem Prüfzeugnis. Zusammen mit Dicke und Wärmeeinbringung entscheidet es, ob vorgewärmt wird.

Die Naht schrumpft beim Abkühlen; wird sie behindert, bleiben Eigenspannungen, sonst verzieht sich das Bauteil. Spannungsarmglühen bei etwa 550 °C bis 650 °C mit langsamem Abkühlen baut Spannungen ab, ohne das Gefüge umzuwandeln. Verzogene Profile richtet man kalt mit Presse oder Hebel, wobei man leicht überdrückt und nachmisst, oder warm mit der Flamme. Verzinkte, beschichtete oder ausgehärtete Aluminiumbauteile flammrichtet man nicht ohne Weiteres.

Das solltest du dir merken

Baustahl gleich Ferrit plus Perlit; mehr Kohlenstoff heißt mehr Perlit.
Grobkorn an der Schmelzlinie senkt die Zähigkeit.
Hoher CEV, dickes und kaltes Bauteil, Wasserstoff ergeben Kaltrissgefahr; vorwärmen.
Spannungsarmglühen liegt unter der Umwandlungstemperatur, das Gefüge bleibt.
Beim Kaltrichten leicht über die Gerade drücken, entlasten, nachmessen.

Formeln

Kohlenstoffäquivalent: $C E V = C + \frac{M n}{6} + \frac{C r + M o + V}{5} + \frac{N i + C u}{15}$; Gehalte der Elemente in Massenprozent aus dem Prüfzeugnis
Perlitanteil (Näherung): $P = \frac{C}{0 , 8} \cdot 100 %$; $P$ Perlitanteil in %, $C$ Kohlenstoffgehalt in %, gilt für langsam abgekühlten unlegierten Stahl unter 0,8 % C

Typische Fehler in der Prüfung

Beim CEV Nickel und Kupfer durch 5 statt durch 15 geteilt.
Spannungsarmglühen mit Normalglühen verwechselt und zu heiß angesetzt.
Einen feuerverzinkten Rahmen flammgerichtet; die Zinkschicht ist zerstört.
Beim Kaltrichten in einem großen Hub gedrückt; das Profil ist in die Gegenrichtung verbogen.

Tipps aus der Werkstatt

Dick, kalt und hoher CEV heißt Kaltrissgefahr: vorwärmen nach Schweißanweisung. Beim CEV wird Mangan durch 6, Chrom, Molybdän und Vanadium durch 5, Nickel und Kupfer durch 15 geteilt. Spannungsarmglühen liegt unter der Umwandlung, Normalglühen darüber.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Gefüge, Wärmeeinfluss, Spannungsarmglühen und Richten“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Metallbauer/-in (2002), Lernfeld 6 (Herstellen von Konstruktionen aus Profilen); DIN EN 1011-2. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.