Vergüten

Das Vergüten wird zur Verbesserung der technologischen Kennwerte (Streckgrenze, Festigkeit und Zähigkeit) eines Bauteils durchgeführt. Vergütet wird in zwei Teilschritten:

1. Härten
2. nachfolgendes Anlassen

Die Härtbarkeit von Stahl ist dadurch begründet, dass sich oberhalb 911°C die Modifikation des Eisens ändert. Das kubisch-raumzentrierte Gitter, metallographisch als „Ferrit“ bezeichnet, wird durch Neuorientierung der Eisenatome zum kubisch flächenzentriertem Gitter, dem „Austenit“ und die Karbide lösen sich auf. Mit steigendem C-Gehalt sinkt die Umwandlungstemperatur bis zum Minimum bei 0,8% C von 723°C. Im Gegensatz zum Ferrit, der praktisch keinen Kohlenstoff lösen kann, ist der Austenit dazu in der Lage. Es entsteht dann ein sog. Mischkristall aus Fe und C. Wird der Austenit so schnell abgekühlt, dass die Diffusion des Kohlenstoffs aus der Elementarzelle unterbunden wird, entsteht das Härtegefüge, der „Martensit“. Er entsteht, weil der eingeschlossene Kohlenstoff den Ferrit stark verzerrt. Dies führt zu sehr hohen Eigenspannungen im Martensit selbst. Die Härtbarkeit von Stählen wird durch Legierungselemente erheblich beeinflusst. Diese nehmen Gitterplätze von Eisenatomen ein und wirken praktisch als „Störstellen“. Da sie an den Umwandlungsvorgängen des Eisens nicht teilnehmen, verzögern diese Elemente den Härtevorgang. Derartige Stähle können daher langsamer abgekühlt werden und man erreicht deutlich tiefere Einhärtetiefen. Darüber hinaus ändert sich die Umwandlungscharakteristik sehr stark. Das führt im Idealfall dazu, dass die sonst typische Ferrit-Perlitbildung unterbleibt oder deutlich verzögert eintritt. Das führt zur Bildung der Härtegefüge, dem Martensit und/oder des „Bainits“. Beim Bainit liegt sowohl verzerrter Ferrit als auch Ferrit mit sehr feinen Karbidausscheidungen vor. Die alte Bezeichnung für den Bainit lautete „Zwischenstufe“. Dieser Name charakterisiert diesen Gefügezustand sehr zutreffend.

Anlassen: Der Härtevorgang führt zu erheblichen Eigenspannungen im Stahl und damit zu einer kritischen Abnahme der Zähigkeit. Um die Zähigkeitseigenschaften zu verbessern, die Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit von Bauteilen sicherzustellen, wird nach dem Härten angelassen. Dies geschieht in einem Temperaturbereich unterhalb der Umwandlungstemperaturen von Stahl, im Allgemeinen zwischen 200-700°C je nach Stahlqualität und Anforderungen. Grundsätzlich gilt, je höher die Anlasstemperatur, desto niedriger die verbleibende Härte bei gleichzeitig steigenden Zähigkeitseigenschaften. Wenige hochlegiere Werkzeugstähle zeigen ein sogenanntes Sekundärhärtemaximum. Bei solchen Stählen kommt es bei höheren Anlasstemperaturen durch Ausscheidungsvorgänge zu einem erneuten Anstieg der Härte.