Das Vergüten von Stahl ist eine kombinierte Wärmebehandlung, bei der das Material zunächst gehärtet und anschließend angelassen wird („+QT“, für Englisch „Quenched and tempered“). Ziel des Vergütens ist es, die für den jeweiligen Einsatzzweck erforderliche Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen. Festigkeit und Zähigkeit verhalten sich grundsätzlich gegenläufig, d.h. eine steigende Festigkeit geht mit fallender Zähigkeit einher und umgekehrt. Beim Härten wird das Material auf zunächst seine Austentisierungstemperatur erwärmt. Sie liegt – je nach Werkstoff – zwischen 820 °C und 920 °C. Anschließend wird das Material abgeschreckt. Typische Abschreckmedien sind Wasser, Öl oder Polymer, aber auch Luft kann als Abschreckmedium dienen. Da das Material nach dem Abschrecken so hart und spröde ist, muss angelassen werden. Durch das Anlassen steigt die Zähigkeit an bei Reduzierung der Festigkeit. Die Anlasstemperatur beträgt je nach Werkstoff 450 °C bis 750 °C.
Was ist der Unterschied zwischen „Konventionellem Vergüten“ und „Induktionsvergüten“?
Beim konventionellen Vergüten wird das Material erwärmt, abgeschreckt und anschließend angelassen, wobei die Erwärmung jeweils in einem Ofen erfolgt. Die Haltezeit beim Anlassen ist so zu wählen, dass es bei erneuter Erwärmung auf dieselbe Temperatur zu keinem Festigkeitsabfall kommt. Grund ist, dass der Werkstoff eine bestimmte Zeit benötigt, um die Umwandlungsprozesse, welche für die Reduzierung der Festigkeit verantwortlich sind, umzusetzen
Im Gegensatz hierzu erfolgt die Erwärmung beim Induktionsvergüten mithilfe eines elektrisch erzeugten Magnetfelds. In der Regel erfolgt dies über eine Einzelstabvergütungsanlage (EVA). Hierbei laufen einzelne Stäbe zunächst durch eine Spule, die die Stäbe auf Austentisierungstemperatur erhitzt, werden dann von einer Wasserbrause abgeschreckt und abschließend beim Durchlauf durch eine weitere Spule angelassen. Vorteil der Induktionsvergütung gegenüber dem konventionellen Vergüten ist, dass sie aufgrund einer schnelleren und gezielteren Erwärmung eine genauere, gleichmäßigere und verzugsärmere Vergütung ermöglicht. Wir die angestrebte Zugfestigkeit nicht erreicht, ist eine zusätzliches Anlassen nicht möglich. Für Einsätze bei erhöhten Temperaturen sind daher Vorversuche erforderlich, da die Festigkeit beim späteren Einsatz ggf. stark abfallen kann.
Vergütungsstahl Eigenschaften: Was versteht man unter Vergütungsstahl?
Unter Vergütungsstahl versteht man einen unlegierten oder legierten Stahl, der sich aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung besonders gut zum Vergüten eignet, d.h. nach der Wärmebehandlung gleichermaßen gute Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften hat. Da bei steigender Festigkeit die Zähigkeit sinkt und umgekehrt, müssen die für den jeweiligen Verwendungszweck erforderlichen Ausprägungen der beiden Eigenschaften für die Wahl des einzusetzenden Vergütungsstahls genau bestimmt werden. Des Weiteren sind Faktoren wie beispielsweise die Durchvergütung, die Einsatztemperaturen und die Nitrierfähigkeit des Vergütungsstahls zu berücksichtigen. Der Kohlenstoffgehalt von Vergütungsstählen liegt zwischen 0,2 % und 0,6 %. Die wichtigsten chemischen Elemente sind neben Kohlenstoff, Mangan, Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadium.
Wo sind Vergütungsstähle genormt? – Eine Übersicht
Unlegierte Vergütungsstähle sind in der DIN EN ISO 683-1 und legierte Vergütungsstähle in der DIN EN ISO 683-2 genormt. Anzumerken ist, dass hier die mechanischen Eigenschaften nur bis maximal rd. 250 mm erfasst sind. Vorgaben für größere Durchmesser finden sich teilweise in der EN 10250-2 für unlegierte und in der EN 10250-3 für legierte Freiformschmiedestücke sowie im Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 550, welches Vorgaben für „größere Schmiedestücke“ bis teilweise rd. 1000 mm beinhaltet. Da einige marktgängige Vergütungsstähle nicht mehr in der DIN EN ISO 683 erfasst sind, ist es teilweise notwendig die entsprechenden Vorgängernormen wie die DIN 17200 oder die DIN EN 10083 heranzuziehen.
Welche Wärmbehandlung haben Vergütungsstähle?
Vergütungsstähle werden nach der Warmformgebung im Stahlwerk üblicherweise vergütet. Abhängig vom Werkstoff und der Abmessung werden so Zugfestigkeiten zwischen 650 und 1.400 N/mm² erreicht. Eine Wärmebehandlung nach der mechanischen Bearbeitung ist daher oftmals nicht mehr erforderlich. Um die mechanische Bearbeitung zu erleichtern, werden Vergütungsstähle werksseitig teilweise auch in den Zuständen „behandelt auf Scherbarkeit“ (+S) oder „weichgeglüht“ (+A) hergestellt. Die Härte beträgt dann – abhängig vom Werkstoff – maximal 255 HB, weshalb Bauteile nach der mechanischen Bearbeitung gehärtet/vergütet werden müssen.
Vergütungsstahl Beispiele: Wofür werden Vergütungsstähle eingesetzt?
Aufgrund der Kombination aus hoher Festigkeit und guter Zähigkeit werden Vergütungsstähle für Bauteile verwendet, die hohen mechanischen und/oder dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Folglich werden Vergütungsstähle in einer Vielzahl von Branchen wie beispielsweise Maschinenbau, Werkzeugbau, Fahrzeug- und Automobilbau, Schiffsbau oder Energiesektor für Wellen, Bolzen, Zahnräder, Schrauben und zahlreiche andere Bauteile eingesetzt.
