Glühen von Metallen gehört im Bereich Metallbearbeitung zu den am häufigsten angewendeten Prozessen. Weichglühen als Verfahren beinhaltet das Anwärmen des Materials, sein Durchwärmen und anschließendes Abkühlen. Diese drei Phasen dienen zur Fertigung entsprechenden Werkstoffeigenschaften. Vollständiges Glühen ist ein Teilgebiet der Wärmebehandlung von Metallen und wird nach dem Standard der DIN 8580 durchgeführt. Im Verlauf des Glühprozesses werden Änderungen der Stoffeigenschaften hervorgebracht.
Normalisierendes Stahlglühen ist ein komplexer Prozess, der in drei separaten Phasen verläuft:
- Anwärmen: Das anfängliche Hochwärmen oder Aufwärmen soll das Werkstück auf die Haltetemperatur bringen. Wichtig ist, dass in diesem Schritt die spezifischen Anwärmgeschwindigkeiten erfüllt werden.
- Halten: Hier muss das Material auf gleicher Haltetemperatur konstant gehalten werden. Das Ziel dieses Teilverfahrens ist, einen Temperaturausgleich im Werkstück und die Einstellung der Balance der physikalischen und chemischen Vorgänge zu erreichen. Der Termin lautet dabei Haltezeit, also die Zeit bis zum Eintritt des Temperaturausgleichs und der Einstellung des Gleichgewichts im Werksstück.
- Abkühlen: Der dritte Schritt von Weichglühen liegt darin, das Material wieder auf die Umgebungstemperatur zu bringen. Das soll möglichst in einer vorgegebenen Geschwindigkeit erfolgen.
Glühen hängt von Werkstoffeigenschaften ab
Es gibt verschiedene Glüharten, die man nach den durch den entsprechenden Glühprozess geforderten Werkstoffeigenschaften einteilen kann:
- Weichglühen: Das Stahlglühen mit dieser Glühart reduziert die Ausscheidung von Zementit beziehungsweise Perlit. Das reduziert wiederum die Härte und Festigkeit des Stahls und erleichtert seine Verformbarkeit. Beim Weichglühen liegen die Temperaturen zwischen 680 und 780 Grad Celsius.
- Spannungsarmglühen: Hier sind höhere Temperaturen von 480 bis 680 Grad Celsius nötig. Die etwas niedrigeren Temperaturen sollen die Eigenspannungen des Werkstücks reduzieren. Was die anderen Eigenschaften des Stahls betrifft, dann sollen diese möglichst unverändert erhalten bleiben.
- Normalisierendes Stahlglühen: Damit man bei diesem Verfahren die erhofften Ergebnisse erreicht, wird über das Werkstück feinkörniges Gefüge von Kristalliten gebildet und gleichmäßig verteilt. Bei Stahlarten mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt wird die Glühtemperatur etwas unter 800 Grad Celsius gehalten. Bei reduziertem Kohlenstoffgehalt soll Normalglühen bei Temperaturen von bis zu 950 Grad Celsius stattfinden.
- Grobkornglühen: Dabei wird die Kristallgröße erhöht. Im Endeffekt sinken die Zähigkeit und die Festigkeit des Werkstücks. Das ist absichtlich hervorgerufen und soll dazu führen, dass sich das Material für bestimmte spanende Fertigungsprozesse besser eignet.
- Rekristallisationsglühen: Bei dieser Art Glühen von Metallen werden die durch Kaltverformung umgestaltete Kristallitformen zurück in ihren ursprünglichen Zustand gebracht. Das Werkstück wird dabei auf Temperaturen von oberhalb der Rekristallationstemperatur gebracht – zwischen 550 und 700 Grad Celsius.
- Diffusionsglühen: Ein Verfahren, das bis zu 2 Tage dauern kann und bei hohen Temperaturen zwischen 1.050 und 1.300 Grad Celsius erfolgt. Das Ziel ist, eine regelmäßige Verteilung von Fremdatomen im Metallgitter zu erreichen.
Welche Informationen enthalten die Glühfarben?
Bei Glühen von Metallen gibt es Unterschiede in der Färbung der bearbeiteten Werkstücke. Ob Weichglühen, vollständiges Glühen, normalisierendes Stahlglühen, Spannungsarmglühen oder das isotherme Glühen – sie weisen unterschiedliche Glühfarben auf. Diese wiederum bieten ein äußeres Merkmal dafür, wie die Temperatur eines erwärmten Werkstücks entsprechend beurteilt werden kann. Das kann helfen, wenn das Werkstück nicht im Ofen erhitzt werden kann (auf einer Baustelle beispielsweise):
- Weichglühen: Dunkelrot bis Kirschrot zeichnen den Temperaturbereich beim Weichglühen (680 bis 780 Grad Celsius)
- Spannungsarmglühen: Sind die Werkstücke beim Erhitzen Dunkelbraun bis Dunkelrot, spricht man von Spannungsarmglühen (480 bis 680 Grad Celsius)
- Normalisierendes Stahlglühen: Hellkirschrot bis Gelbrot sind die Metalle beim Normalglühen (800 bis 950 Grad Celsius).
Wofür setzt man Isothermes Glühen ein?
Reduktion der Härte und Spannungen sind die Hauptziele, weshalb man zu diesem Metallbearbeitungsverfahren greift. Das besondere Merkmal des Glühens von Metallen ist eine längere Dauer als bei sonstigen Wärmebehandlungen. Sehr hohe Temperatur ist ebenso für dieses Prozess bezeichnend. Die Wahl der entsprechenden Glühart ist unter anderem von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Werkstücks abhängig. Die Behandlungsart bestimmt außerdem die Temperaturbereiche sowie die Prozessdauer.
Das Glühen vermindert vor allem solche Defekte wie Versetzungen und verringert Spannungen im Material. Zum Glühen eignen sich in der Regel alle Guss- und Stahlarten. Zu beachten ist, dass rostfreie Stähle, mit Kohlenstoff-, Niob- oder Tantal-Gehalt von weniger als 0,04 Prozent nicht weichgeglüht werden dürfen. Der Grund: Sie verlieren sonst ihre Rostbeständigkeit.