Stahlsorten und Wärmebehandlung: Normalglühen, Härten und Anlassen

Ein Hufschmied formt Stahl nicht nur — er verändert ihn. Jedes Mal, wenn ein Werkstück in der Esse erwärmt und wieder abgekühlt wird, ändert sich das innere Korngefüge des Stahls und damit seine Härte, Zähigkeit und Festigkeit. Das Ausbildungsfach Grundschmieden verlangt laut den Lernzielen, dass die Lehrlinge ein Verständnis dafür erwerben, wie sich das Erwärmen auf den Stahl auswirkt, dass sie Normalglühen, Anlassen und Härten einzelner Stahlsorten anwenden können und dass sie Fertigkeit im Feuerschweißen erlangen. Das klingt theoretisch, ist aber zutiefst praktisch: falsch wärmebehandeltes Werkzeug bricht, und ein falsch behandeltes Hufeisen nutzt sich schief ab.

Stahl ist Eisen mit einem geringen Kohlenstoffgehalt, und genau der Kohlenstoffgehalt entscheidet darüber, was man mit dem Material machen kann. Weicher Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist zäh und leicht zu schmieden — das ist das Hufeisenmaterial. Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt lässt sich härten und wird deshalb für Werkzeug wie Hufmesser, Zangen und Meißel verwendet. Als Schmied muss man wissen, welchen Stahltyp man vor sich hat, bevor man die Wärmebehandlung wählt: der Versuch, einen Stahl mit zu niedrigem Kohlenstoffgehalt zu härten, hat keine Wirkung, und ein Werkzeugstahl kann durch Überhitzen zerstört werden.

Beim Schmieden wird die Kornstruktur des Stahls ungleichmäßig: Manche Bereiche sind stark gehämmert, andere wenig, und es entstehen innere Spannungen. Beim Normalglühen wird das Werkstück gleichmäßig über die Umwandlungstemperatur des Stahls erwärmt und danach ruhig an stehender Luft abgekühlt. Das Ergebnis ist ein feinkörniges, gleichmäßiges Gefüge ohne die inneren Spannungen — der Stahl ist in einen bekannten Zustand zurücknormalisiert. Das macht man typischerweise nach kräftigem Schmieden, vor der weiteren Bearbeitung.

Beim Härten wird der Stahl erneut über die Umwandlungstemperatur erwärmt, aber statt langsamer Abkühlung wird er in Wasser oder Öl abgeschreckt. Die schnelle Abkühlung friert ein sehr hartes Gefüge im Stahl ein. Der Preis ist Sprödigkeit: Ein frisch gehärtetes Werkstück ist hart wie Glas und kann bei Schlag springen. Deshalb steht das Härten nie allein.

Nach dem Härten wird das Werkstück angelassen: Es wird auf eine deutlich niedrigere Temperatur wiedererwärmt und dort gehalten, wodurch ein Teil der Härte gegen Zähigkeit eingetauscht wird. Traditionell liest der Metallbauer die Anlasstemperatur an den Anlassfarben ab, die über die blank geschliffene Oberfläche ziehen — von hellem Strohgelb über Braun und Violett bis Blau —, wobei die gelben Töne einer niedrigeren Temperatur und größerer verbliebener Härte entsprechen als die blauen. Die Balance zwischen Härte und Zähigkeit wird nach dem Einsatzzweck des Werkzeugs gewählt: eine Schneide muss hart sein, ein Schlagwerkzeug muss zäh sein.

• 01Normalglühen: Erwärmen über die Umwandlungstemperatur + ruhiges Abkühlen an der Luft → gleichmäßiges, spannungsfreies Gefüge.
• 02Härten: Erwärmen über die Umwandlungstemperatur + Abschrecken in Wasser/Öl → maximale Härte, aber spröde.
• 03Anlassen: Wiedererwärmen auf eine niedrigere Temperatur nach dem Härten → Zähigkeit auf Kosten von etwas Härte.
• 04Die Glühfarben (von dunkelrot bis hellgelb) zeigen die Schmiedetemperatur; die Anlassfarben (gelb bis blau) zeigen die Anlasstemperatur.

Feuerschweißen ist das älteste Schweißverfahren: Zwei Werkstücke werden auf Schweißtemperatur erwärmt — wobei der Stahl nahezu weißglühend ist und die Oberfläche klebrig zu werden beginnt — und danach zusammengehämmert, sodass sie sich zu einem Stück vereinigen. Das Verfahren erfordert eine saubere Oberfläche, die richtige Temperatur und schnelle, sichere Hammerschläge. Im Hufschmiedehandwerk wird das Feuerschweißen unter anderem bei der Herstellung bestimmter handgeschmiedeter Hufeisen und bei Modifikationen eingesetzt, und die Fertigkeit ist ein eigenständiges Ziel im Grundschmieden.

Die Lernziele nennen ausdrücklich die Arbeit sowohl mit Gas- als auch mit Kohleessen. Die Gasesse ist schnell angezündet, gibt gleichmäßige Wärme und ist in vielen mobilen Werkstätten Standard. Die Kohleesse ermöglicht sehr hohe Temperaturen, konzentriert auf einen kleinen Bereich — ein Vorteil beim Feuerschweißen —, verlangt aber mehr Pflege und Erfahrung im Umgang mit dem Feuer. Beide stellen Anforderungen an Absaugung und Brandsicherheit: Die Regeln des Arbejdstilsynet (dänische Arbeitsaufsicht) zur Arbeit mit offenem Feuer und Rauchgasen gelten in der Schmiede wie in jeder anderen Werkstatt.

Die Metallurgie ist die unsichtbare Hälfte des Schmiedehandwerks. Zwei Hufeisen können gleich aussehen und sich völlig unterschiedlich verhalten, weil das eine richtig geschmiedet und abgekühlt wurde und das andere überhitzt und voller Spannungen ist. Der Hufschmied, der seinen Stahl versteht, fertigt Werkzeug, das hält, und Eisen, die gleichmäßig verschleißen — und vermeidet die Brüche, die immer zum ungelegensten Zeitpunkt kommen.