Vergüten von Stahl – Vorteile und Prozessdetails
Das Vergüten ist ein kombiniertes Wärmebehandlungsverfahren, bestehend aus Härten und hohem Anlassen. Das Ziel des Vergütens ist das Einstellen des Verhältnisses von Zähigkeit und Festigkeit. Hierbei soll eine möglichst hohe Zähigkeit bei erhöhter Festigkeit erreicht werden.
Die Vorteile des Vergütens
Hauptziel des Vergütens ist es, ein Gleichgewicht zwischen Härte und Duktilität herzustellen, sodass sich der Werkstoff für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen eignet. Durch die erhöhte Anlasstemperatur wird die Zähigkeit erhöht, wodurch die Sicherheit gegen Sprödbruch (besonders bei niedrigen Temperaturen und schlagartiger Belastung) gegeben ist. Zudem werden die Dauerfestigkeit und die Dehngrenze durch das Vergüten erhöht.
Prozess des Vergütens im Überblick
Nach dem Härten des Stahls muss eine hohe Anlasstemperatur gewählt werden, die zwischen 450°C und 650°C liegt. Die Anlassdauer beträgt in der Regel 1 – 3 h. Beim Vergüten werden Abschreckmedien wie Öl, Wasser oder Luft verwendet. Je nach Werkstoff sollten allerdings Anlasstemperaturen zwischen 370°C und 500°C möglichst umgangen werden, um die sogenannte Anlassversprödung zu vermeiden.
Für den Gebrauch der vergüteten Bauteile ist zu beachten, dass die Betriebstemperatur unterhalb der gewählten Anlasstemperatur liegt, da sonst die Festigkeit abfällt.
Präzise Temperaturkontrolle
Das Vergütungsverfahren erfordert eine genaue Temperaturkontrolle, um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Bei niedrigeren Anlasstemperaturen dient das Vergüten dazu, die Zähigkeit zu verbessern und eine hohe Zugfestigkeit einzustellen. Bei höheren Anlasstemperaturen sinkt die Zugfestigkeit, während die Zähigkeit deutlich steigt.
Prozessstufen des Vergütens
Beim Vergüten werden die Anlassstufen 3 und 4 angewendet, von denen jede ihre eigenen Besonderheiten und Auswirkungen haben:
- Dritte Stufe (320 °C – 400 °C): Kubischer Martensit verarmt an Kohlenstoff und sorgt für Ferritbildung. Zementit wird gebildet und zwischen 370°C und 500°C entsteht die 500°C-Versprödung.
- Vierte Stufe (400 °C – Ac1): Kristallerholung tritt ein und der Zementit wird vergröbert. Bei legierten Stählen kommt es zur Sekundärhärtung.
Heutige Anwendungen des Verfahrens
Das Vergüten ist nicht nur ein theoretisches Konzept, sondern findet in der Praxis in zahlreichen Branchen Anwendung. Von Automobilkomponenten über Baumaterialien bis hin zu Küchengeräten spielt das Vergüten eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Materialeigenschaften für bestimmte Anwendungen. Vergüteter Stahl wird beispielsweise häufig für Zahnräder, Federn und Schneidwerkzeuge verwendet, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte und Duktilität wichtig ist.
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