Kaltverformung

Kaltumformung ist die plastische Verformung von Metall bei Temperaturen weit unterhalb des Rekristallisationspunktes, typischerweise bei Raumtemperatur oder nur leicht erhöht. Das Metall wird durch mechanischen Druck in neue Formen gezwungen: Walzen, Ziehen, Stanzen, Biegen oder Freiformschmieden. Anders als Warmumformung, die Wärme nutzt, um das Material weich zu machen, verlässt sich Kaltumformung allein auf mechanische Kraft, um die Streckgrenze zu überschreiten und Atome in neue dauerhafte Positionen zu verschieben.

Wenn Metall kaltumgeformt wird, wird seine Kornstruktur verzerrt und die Versetzungsdichte steigt dramatisch an. Diese Verfestigung durch Kaltverformung (auch Verfestigungshärtung genannt) macht das Metall stärker und härter, aber auch spröder. Ein Stab aus Baustahl, der durch eine Ziehdüse gezogen wird, um seinen Durchmesser zu verringern, gewinnt Zugfestigkeit, verliert aber Duktilität. Ein Aluminiumblech, das durch Kaltwalzwerke läuft, kommt dünner, stärker und weniger biegbar heraus, ohne zu brechen. Der Grad der Verfestigung hängt vom Umfang der Verformung ab, gemessen als prozentuale Querschnitts- oder Dickeverringerung.

Kaltumformung wird wegen ihrer Präzision, Oberflächenqualität und wirtschaftlichen Effizienz in Serienproduktion gewählt. Blechstanzteile, kaltgewalztes Stahlband, gezogener Draht und kaltgezogene Rohre nutzen diese Vorteile. Der Prozess benötigt keinen Ofen, keine Aufwärmzeit und erzeugt Teile mit engen Maßtoleranzen und sauberen Oberflächen. Allerdings muss die Ausrüstung kräftig und steif sein, da das unverformte Metall erheblichen Widerstand leistet. Matrizen und Walzen verschleißen schnell und müssen häufig ausgetauscht werden.

Starke Kaltumformung macht Metall irgendwann zu hart und spröde, um ohne Bruch weiter verformt zu werden. An diesem Punkt muss das Material geglüht werden (auf oder über die Rekristallisationstemperatur erhitzt und dann abgekühlt), um die Duktilität wiederherzustellen und weitere Umformung zu ermöglichen. Dieser Zyklus von Kaltumformung und Glühen ist in der Drahtzieherei, Rohrtechnik und Tiefzugstanzerei Routine. Jeder Zyklus erhöht die Festigkeit und verringert den Querschnitt; jedes Glühen setzt die Verfestigungsuhr zurück.

Kaltumformung ist grundlegend für moderne Metallbearbeitung. Sie erzeugt die große Mehrheit des Blech-, Band- und Stangenmaterials, das in der Industrie verwendet wird. Der Kompromiss zwischen Festigkeitszugewinn und Sprödigkeitszunahme sowie die Notwendigkeit periodischen Glühens definieren den Rhythmus der meisten Metallumformungsbetriebe. Zu verstehen, wie viel Verformung eine bestimmte Legierung vor dem Glühen tolerieren kann, ist unverzichtbar für die Prozessregelung und Kostenkontrolle.