Was ist Rekristallisatiosnglühen? Funktionsweise und Verfahren erklärt

Das Rekristallisationsglühen ist eine Methode der Wärmebehandlung nach einer Kaltumformung. Wie das Spannungsarmglühen, das Normalglühen oder auch das Weichglühen, zählt die Methode zu den Glühverfahren.

Die Prozedur erfolgt bei einer Temperatur im Rekristallisationsbereich. Bei Stahl liegt diese im Normalfall von 550 bis 700 °C, d. h., dass das Rekristallisationsglühen ohne Gefügeänderung realisiert wird. Das Rekristallisationsglühen findet üblicherweise nach den einzelnen Umformungsstufen beim Kaltwalzen bzw. -ziehen von Drähten und Blechen aus Stählen statt.

Bei einer Kaltverformung kommt es zu einem Anstieg der Festigkeit, jedoch sinkt die Verformbarkeit der Stähle. Bei weiteren Umformungsprozessen nimmt somit die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung zu, wodurch mehrstufige Umformungsprozesse nur noch schwer realisiert werden können. Jedoch müssen viele Stähle im Laufe der Produktion mehrere Umformungsprozesse durchlaufen, bis sie ihren Endzustand erreichen. Aus diesem Grund müssen vor jedem mehrstufigen Umformungsprozess, die verformten Kristalle eines umgeformten Gefüges wieder in ihre Ausgangslage gebracht werden. Hierbei hilft das Rekristallisationsglühen.

Funktionsweise

Das Rekristallisationsglühen findet gewöhnlich bei Glühtemperaturen zwischen 550 und 700 °C geglüht. Der Prozess läuft also wie beim Spannungsarmglühen bei einer Temperatur unter der PSK-Linie ab. Im Gegensatz zum Normalglühen oder in Teilen auch beim Weichglühen treten bei diesem Prozess keine Gitterumwandlung auf, obwohl die beiden vorher genannten Glühmethoden ebenfalls einen Rekristallisationseffekt aufweisen. Beim Rekristallisationsglühen können sich Körner neu bilden, da die Korngrenzen durch Diffusionsprozesse wandern. Wenn die Körner ihre ursprüngliche Gestalt annehmen, erhält das Material seine Verformbarkeit zurück.

Die Größe der rekristallisierten Körner wird von drei Faktoren bestimmt. Ausschlaggebend sind neben der Glühtemperatur und -dauer, insbesondere auch der Umformgrad der Körner vor dem Prozess. Besteht nur ein geringer Umformgrad, entsteht ein eher grobkörniges Rekristallisationsgefüge. Andrerseits wird das Gefüge eher feinkörnig rekristallisiert, wenn ein hoher Umformgrad mit feinen, langgestreckten Kristallen vorherrschte.

Die verschiedenen Verfahren

Beim Glühen von Stahlband werden industriell drei verschiedene Methoden eingesetzt.

Haubenglühen

Beim Haubenglühen wird ein geschlossener Ofen eingesetzt. In diesen kommen einige Rollen Stahlband. Die Glühdauer kann mehrere Tage überschreiten. Begrenzt sind jedoch die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten. Die Temperaturen bei diesem Verfahren reichen von 620 bis in etwa 700 °C. Höhere Temperaturen können durch das Miteinwickeln des Drahtes erreicht werden. Jedoch muss in solchen Fällen der Rand des Stahlbandes verschrottet werden.

Kontiglühen

Eine weitere Methode ist das Kontiglühen. Nachdem das Band abgewickelt wurde, kommt es einen mehrere 100 m langen Ofen. Dieser ist dabei in verschiedene Temperaturzonen unterteilt. Begrenzt durch die Baulänge des Ofens, wird beim Kontiglühen die Glühzeit auf 10 Minuten begrenzt. Die Temperaturen erreichen bei dieser Methode 950 °C und können bei der Herstellung von Elektroblechen auch noch höher liegen.

Das Kontiglühen erfolgte bis zum Jahr 1940 unter normaler Atmosphäre, was eine Verzunderung der Oberfläche zur Folge hatte. Aus diesem Grund mussten die geglühten Werkstücke in einem Beizbad entzundert werden. Das Glühen unter normaler Atmosphäre wird auch noch heute praktiziert.

Blankglühen

Das Blankglühen von Stahl ist das modernste Verfahren des Rekristallisationsglühens. Es findet ebenfalls in einem Durchlaufofen statt. Im Gegensatz zum Kontiglühen, erfolgt die Behandlung des Stahlbandes unter einer Schutzgasatmosphäre, wodurch das Beizen nach dem Durchlauf entfällt. Das aus teilverbranntem Gas gewonnene Schutzgas steht unter leichtem Überdruck. Dadurch wird das Eintreten von Sauerstoff erfolgreich verhindert. Die Wärmeentwicklung in den Durchlauföfen erfolgt meist durch Beheizen mit Gas, in seltenen Fällen aber auch elektrisch. Das Blank- bzw. Rekristallisationsglühen kann nicht nur bei Stahl, sondern auch bei Buntmetall-Legierungen, wie in etwa Messing, verwendet werden.

Rekristallisationsglühen von Stahl

Das Rekristallisationsglühen von Stählen führt dazu, dass die Folgen der Kaltumformung beseitigt werden. Jedoch wird dabei keine α-γ-Umwandlung des Kristallgitters verursacht. Liegt der Umformgrad zwischen 5 und 15 %, entsteht ein Grobkorn, da die Keimzahl und thermodynamische Treibkraft gering ist. In solchen Situation wird ein Normalglühen des Stahls empfohlen. Das gewünschte Feinkorn entsteht bei einem Umformgrad von mehr als 20 %.

Das Rekristallisationsglühen dient der Feinkörnung und es wird im Normalfall knapp über der A1-Temperatur (PSK-Linie) durchgeführt. Die Behandlung dauert bei dünnen Teilen etwa 10 Minuten und erfolgt bei einer Temperatur von etwa 700 °C. Dickere Teile werden ungefähr eine Stunde bei einer Temperatur von 600 bis 650 °C behandelt.

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