Kaltumformung
Englisch: cold working
Umformung eines Metalls durch Hämmern, Schmieden, Walzen oder Schweifen bei niedriger Temperatur, etwa Raumtemperatur statt Ofentemperatur; dient oft zur Verfestigung des Metalls.
Kaltumformung: Metallverformung ohne Wärmezufuhr zur Festigkeitssteigerung
Kaltumformung ist die plastische Verformung von Metall bei Temperaturen deutlich unterhalb des Rekristallisationspunktes, typischerweise bei Raumtemperatur oder darunter. Übliche Verfahren sind Walzen, Ziehen, Feinschmieden, Stanzen und Biegen. Anders als bei der Warmumformung, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur stattfindet und das Metall während der Verformung aufweichen lässt, bleibt die Verformung bei der Kaltumformung in der Kristallstruktur eingelagert und verändert die mechanischen Eigenschaften des Materials grundlegend.
Das Verfahren verfestigt das Metall durch Verformungshärtung, auch Kaltverfestigung genannt. Wenn sich während der Verformung Versetzungen im Kristallgitter ansammeln, blockieren sie die weitere Atombewegung und erhöhen sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit. Ein kaltgewalztes Stahlblech kann je nach Dickenabnahme eine Härte von 30 bis 50 Prozent über dem ausgeglühten Zustand erreichen. Diese Festigkeitssteigerung hat einen Preis: Die Duktilität sinkt und das Metall wird spröder und anfälliger für Risse, wenn die Verformung unkontrolliert fortgesetzt wird.
Bedeutung der Kaltumformung in der Fertigung
Kaltumformung erzeugt überlegene Oberflächengüte und Maßgenauigkeit, da keine Zunderbildung und weniger thermische Verzug entstehen. Blech, das durch Matrizen gezogen wird, kann Toleranzen von 0,001 Zoll oder enger einhalten. Das Verfahren benötigt auch keine Wiederaufheizung zwischen den Stufen und spart Brennstoff und Zeit. Deshalb dominieren kaltgezogener Draht, kaltgewalztes Band und kaltgepresste Bauteile in Automobil-, Hausgeräte- und Befestigungsmittelfertigung, wo sowohl Festigkeit als auch Genauigkeit erforderlich sind.
Der Metallarbeiter muss die Grenzen der Verformung sorgfältig steuern. Mit zunehmender Verformung verfestigt sich das Metall, verliert aber auch an Verformbarkeit. Die meisten Metalle benötigen Zwischenglühungen, eine kontrollierte Wiedererwärmung, die die Struktur ohne Schmelzen rekristallisiert und die Duktilität für weitere Umformung wiederherstellt. Aluminium, Kupfer und ihre Legierungen vertragen mehr Gesamtkaltverformung als Stahl, bevor Glühen notwendig wird, wobei der Grenzwert stark von Legierungszusammensetzung und Reinheit abhängt.
Kaltumformung hinterlässt Eigenspannungen in den oberflächennahen Schichten und im Inneren des Werkstücks. Diese Spannungen können vorteilhaft sein und die Ermüdungsfestigkeit in Anwendungen wie Federn und Befestigungsmitteln verbessern, oder nachteilig wirken und bei anfälligen Legierungen zu Maßinstabilität oder Spannungsrisskorrosion führen. Der Unterschied zwischen kompetenter Werkzeugauslegung und teuren Feldausfällen liegt in diesem Verständnis und der Beherrschung dieser Vorgänge.