Härten

Abschrecken ist das plötzliche Eintauchen eines erhitzten Werkstücks in eine Flüssigkeit oder manchmal ein Gas, um die Abkühlung an einem bestimmten Punkt zu stoppen. Die Geschwindigkeit dieser Kühlung ist der entscheidende Punkt: Sie hält das Metall in einer harten Mikrostruktur fest, die bei langsamer Abkühlung in Luft wieder weich werden würde. Die Metalltemperatur beim Abschrecken liegt je nach Legierung und angestrebter Härte typischerweise zwischen 750 und 900 Grad Celsius.

Das gebräuchlichste Abschreckmedium ist Wasser, das Stahl etwa zehnmal schneller kühlt als ruhende Luft. Öl wirkt schonender, kühlt langsamer ab und verringert das Risiko von Rissen oder Verformungen bei komplexen Formen; es ist Standard für Werkzeugstähle und für Teile, bei denen Sprödigkeit gegen Härte abgewogen werden muss. Salzwasser kühlt schneller als Süßwasser. Neuere Anwendungen nutzen geschmolzenes Salz, Luftgebläse oder Polymerlösungen, je nach Legierungszusammensetzung und Geometrie des Teils.

Die Härte von Stahl kommt aus einer Phasenumwandlung: Austenit (die Kristallstruktur bei hoher Temperatur) möchte bei Abkühlung in weiches Ferrit und Perlit zurückgehen. Schnelles Abschrecken hält das Metall in einer Zwischenphase namens Martensit fest, die hart aber auch spröde ist. Die Geschwindigkeit muss kontrolliert werden: zu langsam und das Metall wird weich, zu schnell und das Teil reißt durch innere Spannungen. Die Härtbarkeit der Legierung, die vom Kohlenstoffgehalt und Legierungselementen wie Chrom oder Molybdän abhängt, bestimmt, wie schnell die Abkühlung erfolgen muss, um vollständige Härte über die ganze Dicke zu erreichen.

Abschreckrisse sind der Hauptausfallmodus. Spannungen, die entstehen, weil die Außenseite schneller kühlt als die Innenseite, kombiniert mit der Volumenausdehnung bei der Martensitbildung, können das Teil spalten. Komplexe Formen mit dünnen und dicken Stellen sind besonders gefährdet. Verformung und manchmal weichere Stellen nahe der Oberfläche (unvollständiges Abschrecken) sind weitere häufige Mängel.

Abschrecken wird immer gefolgt von Anlassen, einer kontrollierten Erwärmung auf niedrigere Temperatur (typischerweise 150 bis 400 Grad Celsius), die innere Spannungen abbaut und die Zähigkeit des Martensits erhöht, sodass das Metall brauchbar statt spröde wird. Der Abschreckungs- und Anlasszyklus ist grundlegend für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Federn, Zahnrädern und allen Präzisionsstahl-Komponenten, die Verschleiß oder Stoßbeanspruchung widerstehen müssen.