{"id":6196,"date":"2023-09-21T12:55:15","date_gmt":"2023-09-21T10:55:15","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=6196"},"modified":"2025-03-20T15:59:02","modified_gmt":"2025-03-20T14:59:02","slug":"kaltverfestigung-erklaert","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/kaltverfestigung-erklaert\/","title":{"rendered":"Kaltverfestigung erkl\u00e4rt"},"content":{"rendered":"

\u00ab Verfahren, Vorteile und Anwendungen in der modernen Industrie \u00bb<\/h2>\n

Kaltverfestigung tritt auf, wenn metallische Werkstoffe unterhalb ihrer Rekristallisationstemperatur umgeformt werden. Informieren Sie sich hier, wie sich mechanische Eigenschaften von Metallen durch Umformprozesse ver\u00e4ndern, welche Industrieanwendungen von der Festigkeitserh\u00f6hung profitieren und welche weiteren Verfestigungsmethoden bei unterschiedlichen Herstellungsverfahren zum Einsatz kommen.<\/strong><\/p>\n

Kaltumformung<\/h2>\n

Die Kaltumformung<\/a> eignet sich sehr gut f\u00fcr die Massenproduktion, weil sich \u00fcberdurchschnittlich hohe Materialdurchs\u00e4tze in sehr kurzer Zeit realisieren lassen. Weitere Vorteile sind der fortbestehende Materialzusammenhalt, die oft vollst\u00e4ndige Werkstoffausnutzung und der verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig geringe Energieverbrauch. Metallische Werkstoffe lassen sich durch starke mechanische Kr\u00e4fte in nahezu beliebige Formen bringen. Die neuen Konturen entstehen an Werkzeugen, die dem Material die vorgesehene Gestalt geben. Daf\u00fcr, dass die Werkzeuge trotz hoher Verarbeitungsgeschwindigkeiten, Arbeitsdr\u00fccke und Temperaturanstiege wirtschaftlich vertretbare Standzeiten erreichen, sorgen Umformschmierstoffe<\/a>. Kluthe bietet mit den Produktreihen Hakuform, Hakuforge und Tr\u00e4gerschichten wie Decorrdal-Zinkphosphatierungen eine breite Palette von tribologisch wirksamen Produkten, die perfekt an die unterschiedlichen Bedingungen der einzelnen Herstellungsverfahren angepasst sind.<\/p>\n

\"Kaltverfestigung
\u00a9 Yaroslav – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Kaltverfestigung<\/h2>\n

Eine Begleiterscheinung der Kaltumformung ist die Kaltverfestigung. Sie f\u00fchrt dazu, dass die hergestellten Bauteile im Einsatz hohen mechanischen Belastungen widerstehen k\u00f6nnen. Bei den meisten Herstellungsverfahren ist die Festigkeitserh\u00f6hung gewollt. Das trifft vor allem auf das Kaltwalzen, das Rohrziehen<\/a>, das Drahtziehen<\/a> und weitere Verfahren der Kaltmassivumformung zu. In einigen F\u00e4llen st\u00f6rt die hohe Festigkeit jedoch die weitere Bearbeitung der Werkst\u00fccke. Dann l\u00e4sst sich das Material durch Weichgl\u00fchen (auch als Rekristallisation bezeichnet) in den urspr\u00fcnglichen mechanischen Zustand zur\u00fcckversetzen. Dies wird unter anderem erforderlich, wenn mehrere aufeinanderfolgende Umformstufen ben\u00f6tigt werden, um das Rohmaterial in die endg\u00fcltige Form zu bringen. Betroffen sind beispielsweise mehrfach gezogene Rohre und Dr\u00e4hte, Kaltstauchteile aus kaltgezogenem Draht und durch Kaltmassivumformung erzeugte Bauteile, bei denen mithilfe des Zwischengl\u00fchens das ben\u00f6tigte Materialverhalten wiederhergestellt wird.<\/p>\n

\"Rohrziehen:<\/p>\n

Verformbarkeit von Metallen<\/h2>\n

Gitteraufbau<\/h3>\n

Die Verformbarkeit von Metallen l\u00e4sst sich auf ihre Kristallstruktur zur\u00fcckf\u00fchren. Beim Erstarren der Schmelze ordnen sich Teilchen (Atome, Ionen) zun\u00e4chst an zuf\u00e4llig verteilten Stellen zu regelm\u00e4\u00dfig aufgebauten Kristallgittern. W\u00e4hrend die Schmelze fest wird, lagern sich immer mehr Teilchen an das Gitter an (Kristallwachstum). Dabei treten vereinzelt Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten auf, die in der Werkstofftechnik als Gitterfehler bezeichnet werden. Einfache Gitterfehler sind Fremdatome, Leerstellen und Zwischenatome. Fremdatome nehmen den Platz eines Teilchens ein und verzerren das Gitter durch ihre abweichende Gr\u00f6\u00dfe. Bei Leerstellen fehlen einzelne Teilchen im Gitter. Zwischenatome sind zus\u00e4tzlich in das Gitter eingelagert.<\/p>\n

\"Kristallstruktur
Von Orci – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=14729936<\/figcaption><\/figure>\n

Versetzungen im Gitter<\/h3>\n

Gro\u00dfen Einfluss auf das Materialverhalten bei der Kaltverformung haben Versetzungen in den Kristallgittern. Die Werkstofftechnik unterscheidet zwischen Stufenversetzungen und Schraubenversetzungen. Stufenversetzungen bilden sich durch zus\u00e4tzliche Halbebenen, die innerhalb eines Kristalls beginnen. Benachbarte, im Normalfall parallel verlaufende Gitterebenen weichen dann seitlich aus. Senkrecht zur Halbebene verlaufende Ebenen behalten ihre Lage bei. Schraubenversetzungen entstehen, wenn Gitterbereiche einen schr\u00e4gen Verlauf annehmen, um fehlende Gitterbausteine zu \u00fcberbr\u00fccken. Dieser Verlauf setzt sich wendelf\u00f6rmig im Kristallgitter fort.<\/p>\n

Einfluss der Versetzungen auf die Kaltumformung<\/h3>\n

Versetzungen lockern den festen Zusammenhalt der Gitterbausteine auf. Dadurch wird eine Kaltumformung m\u00f6glich. \u00c4u\u00dfere Kr\u00e4fte bewirken, dass die Versetzungen durch die Gitter wandern und das Material in die vorgesehene Form flie\u00dfen kann. W\u00e4hrenddessen entstehen im Gitteraufbau neue Abweichungen vom Idealzustand. Mechanische Eigenschaften \u00e4ndern sich. Schlie\u00dflich behindern sich die zus\u00e4tzlich zustande gekommenen Versetzungen gegenseitig. Das Material setzt der Form\u00e4nderung wachsenden Widerstand entgegen. Die Werkstofftechnik bezeichnet dieses Materialverhalten als Kaltverfestigung.<\/p>\n

\"Schematische<\/p>\n

Rekristallisation<\/h3>\n

Die Gitterbausteine befinden sich in st\u00e4ndiger Bewegung. Sie f\u00fchren Schwingungen um einen idealen Gitterpunkt aus. \u00c4u\u00dferes Anzeichen f\u00fcr diese Bewegungen ist die Temperatur. Erreicht die Temperatur einen Grenzwert, bewirkt die Bewegungsenergie eine Neuordnung der Gitterbausteine. Versetzungen werden zum gro\u00dfen Teil abgebaut, das Gitter repariert sich. Der Grenzwert ist die Rekristallisationstemperatur. Sie ist haupts\u00e4chlich von der genauen Werkstoffzusammensetzung und vom Grad der Verformung abh\u00e4ngig. Ihre Gr\u00f6\u00dfe liegt etwa bei 40 bis 50 % der absoluten Schmelztemperatur. Deshalb ist eine Kaltverfestigung bei Werkstoffen mit niedrigen Schmelztemperaturen wie Zink (418 \u00b0C), Blei (328 \u00b0C) oder Zinn (232 \u00b0C) nicht m\u00f6glich. Die Kristallgitter dieser Materialien bringen sich nach Beendigung der Umformprozesse sofort wieder in Ordnung.<\/p>\n

Die Skala f\u00fcr die absolute Temperatur beginnt bei null Kelvin (Kurzzeichen K), dem absoluten Nullpunkt. An diesem Punkt befinden sich alle Teilchen in Ruhe. Die Umrechnung von \u00b0C in K erfolgt einfach durch die Addition von 273,15 (0 \u00b0C sind 273,15 K).<\/p>\n

Weitere Verfestigungsmethoden<\/h2>\n

Kornfeinung<\/h3>\n

In der erstarrenden Schmelze wachsen die Kristalle, bis sie an benachbarte Kristalle ansto\u00dfen. Die Werkstofftechniker bezeichnen die Gebilde, die zu diesem Zeitpunkt entstanden sind, als K\u00f6rner. Die \u00e4u\u00dferen Teilchen bilden Korngrenzen. Weil die Ausrichtung der Gitterebenen in benachbarten K\u00f6rnern unterschiedlich ist, setzen die Korngrenzen der Verformung einen Widerstand entgegen. Das Metall gewinnt an Festigkeit. Das wird bei der Kornfeinung ausgenutzt. Durch definierten Abk\u00fchlbedingungen nach dem Erw\u00e4rmen der Metalle \u00fcber die Rekristallisationstemperatur hinaus und durch das Einbringen von Kristallisationskeimen erh\u00f6ht sich die Anzahl der Stellen in der Schmelze, an denen die Kristallbildung einsetzt. In der Folge entstehen mehr kleinere K\u00f6rner und entsprechend mehr Korngrenzen. Ein Vorteil dieser Verfestigungsmethode ist, dass die Z\u00e4higkeit der Werkstoffe erhalten bleibt. Im Gegensatz dazu verspr\u00f6den Materialien bei einer Kaltverfestigung.<\/p>\n

\"Dies
By Siamrut at the English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=20587083<\/figcaption><\/figure>\n

Ausscheidungsh\u00e4rtung<\/h3>\n

Metallische Werkstoffe sind in der Regel Legierungen, die unterschiedliche chemische Elemente enthalten. Beispielsweise ist Stahl eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die durch weitere Komponenten Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und ben\u00f6tigte mechanische Eigenschaften gewinnt. Die verschiedenen Bestandteile weisen unterschiedliche L\u00f6slichkeit ineinander aus. Die L\u00f6slichkeit sinkt im Allgemeinen mit der Temperatur. F\u00fcr die Ausscheidungsh\u00e4rtung wird der Werkstoff so weit erw\u00e4rmt, dass sich alle Komponenten gut durchmischen k\u00f6nnen. Anschlie\u00dfend erfolgt eine schnelle, starke Verringerung der Temperatur (Abschrecken). Im Grundwerkstoff entstehen \u00fcbers\u00e4ttigte Kristalle, die mehr fremde Teilchen enthalten als es die L\u00f6slichkeit zul\u00e4sst. Beim sogenannten Auslagern wandern die \u00fcbersch\u00fcssigen Teilchen aus dem Kristallgitter heraus und bilden zwischen den K\u00f6rnern eigene Bereiche, die sich einer Verformung widersetzen und damit eine Festigkeitserh\u00f6hung bewirken.<\/p>\n

Mischkristallverfestigung<\/h3>\n

Weil die meisten reinen Metalle sehr weich sind, eignen sie sich nur bedingt als Werksstoff f\u00fcr Industrieanwendungen. Durch den Zusatz von Legierungselementen, die Gitterpl\u00e4tze einnehmen oder sich zwischen den Gitterpunkten einlagern, erh\u00f6ht sich die Festigkeit der metallischen Werkstoffe. Grund ist, dass die zus\u00e4tzlichen Gitterbausteine kleiner oder gr\u00f6\u00dfer als die Teilchen des Grundmaterials sind. Ihre Anwesenheit verzerrt das Kristallgitter. Versetzungen m\u00fcssen diesen Verzerrungen ausweichen, wenn sie sich durch das Gitter bewegen.<\/p>\n

Beispiele f\u00fcr die Kaltverfestigung in Industrieanwendungen<\/h2>\n

Bei vielen Kaltumformprozessen f\u00fchrt die Kaltverfestigung zu einer gew\u00fcnschten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Bauteile. Die Kaltverfestigung wird heute so gut verstanden (und auch in der Umformsimulation abgebildet), dass man die Umformprozesse gezielt auf gew\u00fcnschte Kaltverfestigungsgrade einstellen kann. Das zeigt sich besonders bei der Kaltmassivumformung. In kurzer Zeit l\u00e4sst sich eine gro\u00dfe Anzahl von Komponenten f\u00fcr Getriebe, Befestigungselemente (Kaltstauchteile) oder andere stark mechanisch beanspruchte Bauteile f\u00fcr den Fahrzeug- und Maschinenbau herstellen. Von der Kaltverfestigung profitieren auch Dr\u00e4hte, Rohre und Profile, die im Stahlbau Verwendung finden.<\/p>\n

\"Kaltmassivumformung<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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