Wärmebehandlung und Härten von Stahl

Die Eigenschaften des Stahls sind nicht festgelegt — sie lassen sich verändern, indem man steuert, wie heiß das Material wird und wie schnell es abkühlt. Das ist die Grundlage sowohl für das Härten von Werkzeug als auch für das Verständnis dessen, was in einer Schweißnaht passiert, wo der Stahl in der Praxis unkontrolliert von der Hitze des Lichtbogens wärmebehandelt wird.

Wenn Stahl über eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, verändert sich sein inneres Gefüge. Wie das Gefüge danach aussieht, hängt von der Abkühlung ab: Schnelle Abkühlung 'friert' ein hartes, aber sprödes Gefüge ein, während langsame Abkühlung ein weicheres und zäheres Material ergibt. Auf diesem Zusammenspiel von Temperatur und Abkühlung beruht jede Wärmebehandlung.

Beim Härten wird der Stahl erwärmt und schnell abgekühlt — zum Beispiel in Wasser oder Öl. Das Ergebnis ist sehr hart, aber auch spröde und spannungsreich. Deshalb folgt auf das Härten fast immer das Anlassen, bei dem das Material erneut auf eine niedrigere Temperatur erwärmt wird, um einen Teil der Sprödigkeit und der Spannungen herauszunehmen, gegen eine geringe Abgabe an Härte. Zusammen ergeben sie einen harten und zugleich brauchbaren Werkzeugstahl.

• 01Weichglühen: macht den Stahl weicher und leichter zu bearbeiten
• 02Normalglühen: vereinheitlicht das Gefüge und schafft einen vorhersehbaren Ausgangspunkt
• 03Spannungsarmglühen: reduziert innere Spannungen nach z. B. Schweißen oder Bearbeiten

Beim Schweißen schmilzt die Naht selbst, aber direkt daneben liegt eine Zone, die wärmebehandelt wird, ohne zu schmelzen — die Wärmeeinflusszone (WEZ). Hier verändert die Schweißwärme das Gefüge des Stahls, und genau hier entstehen viele Risse sowie weiche oder spröde Stellen. Die Wärmebehandlung zu verstehen hilft dem Metallbauer zu verstehen, warum zu schnelles Abkühlen oder eine falsche Schweißreihenfolge eine Verbindung schwächen kann.

Beim Schweißen von dickem oder härtbarem Stahl wird das Werkstück oft vorgewärmt, damit die Abkühlung nach dem Schweißen langsamer verläuft. Das verringert das Risiko harter, spröder Zonen und Risse. Ob vorgewärmt werden muss und auf welche Temperatur, geht aus der Schweißanweisung hervor — das ist keine freie Wahl.

Der klassische Schmied liest die Temperatur an der Glühfarbe des Eisens ab, und das ist weiterhin eine wertvolle Fertigkeit. Für eine kontrollierte Wärmebehandlung reicht das Auge allein aber nicht — hier werden Temperaturmessung und festgelegte Zeiten verwendet, weil wenige Grad Unterschied darüber entscheiden können, ob das Ergebnis brauchbar wird oder nicht.