Warmbrüchigkeit

Ein Metall ist warmbrüchig, wenn es bei erhöhter Temperatur spröde wird und zum Reißen neigt, typischerweise beim Walzen, Schmieden oder Gießen. Dies ist keine dauerhafte Eigenschaft; dasselbe Metall kann nach dem Abkühlen vollkommen zäh sein. Die Sprödigkeit tritt in einem bestimmten Temperaturbereich auf, normalerweise zwischen Raumtemperatur und dem Schmelzpunkt, und führt dazu, dass das Metall unter den beim Warmverformen auftretenden Spannungen versagt.

Warmbruch in Stahl wird meist durch Schwefelverunreinigungen verursacht. Schwefel bildet Verbindungen mit Eisen, besonders Eisensulfid, das schwache Korngrenzen schafft. Wenn der Stahl erhitzt wird, erweichen diese Sulfidphasen und verlieren schneller an Festigkeit als das umgebende Metall, wodurch Stellen entstehen, an denen Risse unter Verformung entstehen. Andere Elemente können Warmbruch ebenfalls auslösen: Sauerstoff in Kupfer, Phosphor in einigen Legierungen und Wismut oder Blei in Messing erzeugen ähnliche Effekte in ihren jeweiligen Verarbeitungstemperaturbereichen.

Erkennung und Folgen

Ein warmbrüchiges Metall zeigt Oberflächenrisse, Spalten oder Bruchstellen während oder unmittelbar nach dem Warmverformen. Ein Schmied oder Walzer, der mit warmbrüchigem Material arbeitet, wird sehen, dass das Werkstück unerwartet versagt, manchmal sogar explosiv, wenn das Teil in der Form eingespannt ist. Beim Gießen führt Warmbruch zu inneren Poren und Bruchstellen, wenn sich das erstarrende Metall zusammenzieht und an schwachen Korngrenzen reißt. Der Fehler ist unmittelbar erkennbar: das Teil bricht einfach, wo es sich biegen sollte.

Die Vermeidung hängt von der Zusammensetzungskontrolle ab. Stahlhersteller halten den Schwefelgehalt unter kritischen Schwellwerten (historisch etwa 0,03 Prozent für viele Sorten) und verwenden Desoxidationsmittel wie Aluminium oder Silizium, um Sauerstoff zu binden. Mangan wird dem Stahl teilweise deshalb zugesetzt, weil es Schwefel zu Mangansulfid bindet, das weniger schädlich ist als Eisensulfid. Kupferlegierungen werden entschwefelt, und Blei oder Wismut werden streng ausgeschlossen aus Materialien, die zum Warmverformen bestimmt sind.

Der Begriff spiegelt das Paradoxon wider: Ein Material kann in der Kälte strukturell einwandfrei und zäh sein, bricht aber in der Hitze völlig zusammen. Darum unterscheiden Metallurgen Warmbruch von Kaltbruch (spröde in der Kälte), und darum sind die Zusammensetzungsvorgaben für Warmverformmaterialien strenger, als es zunächst scheinen mag. Ein als "Warmarbeitsstahl" bezeichneter Stahl wurde speziell formuliert, um Warmbruch über seinen vorgesehenen Arbeitsbereich hinweg zu vermeiden.