Lösungsglühen von Edelstahl
Um zu verstehen, warum Edelstahl einer Lösungsglühhärte bedarf, müssen wir zunächst den Zweck dieser Wärmebehandlung, ihre Funktionen, welche Werkstoffe sie benötigen und in welchen Branchen sie üblicherweise angewendet wird, klarstellen.
Zunächst betrachten wir den Prozess: Die Lösungsglühhärte dient dazu, Karbide, γ’‑Phasen sowie andere Ausscheidungen innerhalb der Matrix aufzulösen und eine gleichmäßige, übersättigte feste Lösung zu erhalten. Dadurch werden die nachfolgende Ausscheidung fein verteilter und gleichmäßig verteilter Karbide sowie γ’‑Verstärkungsphasen während der anschließenden Alterung erleichtert. Gleichzeitig werden durch Kalt- oder Warmverformung entstandene Spannungen abgebaut und eine Rekristallisation der Legierung ermöglicht. Zweitens wird die Lösungsglühhärte eingesetzt, um eine geeignete Korngröße zu erreichen und so die Hochtemperatur‑Kriechfestigkeit der Legierung sicherzustellen. Die Temperatur der Lösungsglühhärte liegt typischerweise zwischen etwa 980 °C und 1250 °C; sie wird entsprechend dem Fällungs‑ und Auflösungsverhalten der Phasen in der jeweiligen Legierung sowie den Anforderungen im Einsatzfall ausgewählt, um die notwendigen Fällungsbedingungen für die primären Verstärkungsphasen und eine angemessene Korngröße zu gewährleisten.
- Häufig behandelte Werkstoffe
Zu den häufig verwendeten Werkstoffen zählen SUS304, SUS303, SUS316, 1Cr18Ni9, 0Cr19Ni9 sowie weitere austenitische Edelstähle. Neben den austenitischen Edelstählen erfordern auch Duplex‑Edelstähle und ausscheidungsgehärtete Edelstähle – wie zum Beispiel 630, 17‑4 und andere – eine Lösungsglühhärte. Ihre Zielsetzungen sind im Wesentlichen ähnlich.
- Zweck der Behandlung
Der austenitische Edelstahl wird auf etwa 1100 °C erhitzt, um die Karbidphasen vollständig oder weitgehend aufzulösen und den Kohlenstoff in der Austenitphase zu lösen. Anschließend erfolgt eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur, wodurch der Kohlenstoff in einen übersättigten Zustand versetzt wird (dabei ist der Kohlenstoff bereits stabilisiert und verfügt nicht über die Fähigkeit oder Gelegenheit, mit Chrom chromreiche Karbide zu bilden). Diese Wärmebehandlungsmethode wird als Lösungsglühhärte bezeichnet.
Die schnelle Abkühlung bei der Lösungsglühhärte ähnelt dem Abschrecken bei herkömmlichem Stahl, doch dieses “Abschrecken” unterscheidet sich vom Abschrecken gewöhnlicher Stähle: Erstere dient der Weichmachung, letztere bewirkt eine Härtung (Bildung von Martensit). Zudem variieren die Erhitzungstemperaturen beim Abschrecken je nach gewünschter Härte, erreichen jedoch nicht 1100 °C.
- Anwendungsgebiete
Mit der raschen industriellen Entwicklung hat sich die Anwendung der Lösungsglühhärte zunehmend verbreitet. Zu den häufigsten Einsatzbereichen gehören tiefgezogene und gestanzte Teile aus Edelstahl. Typische Produkte sind Vakuumflaschen, Essgeschirr, Faltenbälge und vieles mehr. Auch in der Medizintechnik findet sie Anwendung. Selbstverständlich gibt es zahlreiche weitere Einsatzmöglichkeiten in der Luft‑ und Raumfahrt, der Optoelektronik sowie in der Schifffahrt, die hier nicht abschließend aufgeführt sind.
- Was ist der Unterschied zwischen Lösungsglühhärte und Abschrecken?
Die Unterschiede zwischen Lösungsglühhärte und Abschrecken lassen sich anhand dreier Aspekte feststellen: Material, Prozess und Zweck.
Verschiedene Materialien:
Die Lösungsglühhärte wird im Allgemeinen bei austenitischen Edelstählen wie 304, 316 und 630 (ausscheidungsgehärteter Edelstahl) angewendet, während das Abschrecken hauptsächlich bei rostfreien Eisenlegierungen wie 410, 420 (2Cr13) und 430 (3Cr13) – martensitischen und ferritischen Edelstählen – zum Einsatz kommt.
Verschiedene Verfahren:
Dies lässt sich relativ leicht verstehen: Die Lösungsglühhärte ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem die Legierung in einen hochtemperaturigen einphasigen Bereich erhitzt, isotherm gehalten wird, um überschüssige Phasen vollständig in die feste Lösung aufzulösen, und anschließend schnell abgekühlt wird, um eine übersättigte feste Lösung zu erhalten.
Das Abschrecken ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem Stahl über die kritische Temperatur erhitzt, für eine bestimmte Zeit gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die höher als die kritische Abkühlrate ist, um eine vorwiegend martensitische, nicht‑gleichgewichtige Mikrostruktur zu erzeugen.
Verschiedene Zwecke:
Wie bereits erwähnt, dient die Lösungsglühhärte dazu, die Gefügestruktur des austenitischen Edelstahls zu verändern, während das Abschrecken ein Verfahren ist, das zur Erhöhung von Härte und Festigkeit eingesetzt wird.
