kaltverfestigen

Kaltverfestigung ist das Verfahren, die Härte und Festigkeit eines Metalls durch plastische Verformung zu erhöhen, ohne Wärmezufuhr oder Änderung der chemischen Zusammensetzung. Wenn du ein Metall biegst, walzt, zieht oder hämmerst, zwingst du seine kristalline Struktur zur Umordnung; Versetzungen sammeln sich an und verhaken sich, wodurch das Material in einen dichteren, steiferen Zustand übergeht. Das Metall wird härter und fester, aber auch spröder und weniger verformbar.

Dies geschieht automatisch bei Kaltumformvorgängen. Ein Ziehwerkzeug verringert die Stabdicke, indem es ihn durch immer kleinere Öffnungen zieht; das Metall verfestigt sich bei jedem Durchgang und widersteht weiterer Verformung. Walzwerke drücken und verdichten Blech; nach mehreren Pässen wird das Material steifer. Selbst das Schmieden mit der Hand verfestigt das Werkstück, da die Hammerschläge die Struktur verdichten und ausrichten. Baustahl wird nach nur wenigen Zyklen des Biegens und Geraderichtens merklich härter.

Glühen durchbricht den Kreislauf

Das Härtungsplateau hat Grenzen. Ein kaltverfestigtes Metall widersteht weiterer Verformung schließlich so stark, dass weitere Kaltumformung Risse oder Bruch riskiert. Um das Metall weiter zu formen, muss es geglüht werden: auf eine bestimmte Temperatur erhitzt (je nach Legierung meist 400 bis 900 Grad Celsius), kurz gehalten und abgekühlt. Wärme ermöglicht es den Versetzungen, zu wandern und sich wieder zu verbinden, wodurch die Verformbarkeit wiederhergestellt wird. Das Metall wird wieder weich und der Kaltverfestigungszyklus kann von neuem beginnen.

Aluminium, Kupfer und ihre Legierungen verfestigen sich schnell und werden bei der Herstellung routinemäßig zwischen Kaltumformung und Glühschritten zyklisch behandelt. Stahl verfestigt sich langsamer, benötigt aber bei schweren Zieh- oder Walzplänen immer noch Zwischenglühungen. Edelstahl, besonders austenitische Sorten, verfestigt sich aggressiv und kann nach begrenzter Verformung gefährlich schwierig zu bearbeiten oder zu formen werden.

Die Wirkung ist manchmal erwünscht: Ein Konstrukteur könnte eine kaltverfestigte Streckgrenze (H- oder T-Bezeichnung bei Aluminiumprofilen) vorsehen, um Festigkeit ohne einen separaten Härtungsschritt zu erreichen. Häufiger ist sie eine Einschränkung: Produktionspläne müssen Glühzyklus ermöglichen, Werkzeuge müssen robust genug sein, um verfestigendes Material zu handhaben, und Ausschussquoten steigen, wenn die Verformung die Kapazität des Materials vor dem nächsten Glühen übersteigt.