Tiefkühlen

Tiefkühlen ist nur sinnvoll für Werkstoffe mit Restaustenit bei Raumtemperatur. Es kommt hauptsächlich bei hochlegierten ledeburistischen Werkzeugstählen, aber auch bei eutektoiden Werkszeugstählen zum Einsatz. Bei unlegierten und niedriglegierten Stählen bildet sich Restaustenit erst ab einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,5 %.

Das Tiefkühlen erfolgt in der Regel direkt nach dem Härten. Um die hohe Rissgefahr beim Tiefkühlen zu senken, wird es immer häufiger nach dem ersten Anlassen eingesetzt. Dabei soll die Ausscheidung dispers verteilter η-Karbide den Prozesserfolg gewährleisten. Dieser Zusammenhang ist aber nicht abschließend geklärt.

Ob der Restaustenitgehalt besser durch mehrfaches Anlassen oder durch Tiefkühlen stabilisiert wird, hängt vom Werkstoff ab.

Durch Tiefkühlen werden Stähle nach einer Wärmebehandlung zusätzlich gehärtet und erlangen Maßstabilität. Das geschieht durch eine Abkühlung auf -90 °C bis -196 °C. Bei diesen Temperaturen wandelt sich der im Werkstoff enthaltene Restaustenit in Martensit um.

Wird der Restaustenit nicht gesenkt, können beim Einsatz des Bauteils Änderungen in der Gefügestruktur und im Volumen auftreten. Grund dafür ist der weiche Restaustenit, der sich über Wochen hinweg in den härteren Martensit umwandelt. Diese schleichende Veränderung der Maßhaltigkeit wird durch das Tiefkühlen von Stahl verhindert. Das ist vor allem bei Präzisionsbauteilen und sehr präzisen Werkzeugen von Bedeutung.

INFO: Tiefkühlmethoden
Beim Tiefkühlen werden durch verschiedene Methoden immer niedrigere Temperaturen möglich. Mit Tiefkühltruhen und -schränken wird Luft auf bis zu -60 °C abgekühlt. Durch Alkoholmischungen, Trockeneis und Flüssiggas werden Temperaturen weit unter -60 °C erreicht. Tiefkühlen mittels flüssigen Stickstoffs erzielt -196 °C und flüssiges Helium ermöglicht eine Tiefkühlung bis auf -269 °C.

Was geschieht beim Tiefkühlen?

Beim Tiefkühlen wird der Abkühlprozess nach dem Härten verlängert, um die Umwandlungsrate von Austenit in Martensit zu erhöhen. Dazu wird das Bauteil in der Regel auf -90 °C abgekühlt. Um eine noch höhere Umwandlungsrate zu erzielen, ist auch das Abkühlen über einen längeren Zeitraum auf bis zu –196 °C möglich. Anschließend folgt mindestens ein Anlassvorgang.

Durch diese Verfahrensweise wird die zuvor heterogene Mikrostruktur in eine homogene Gitterstruktur überführt. Dadurch werden Eigenspannungen im Gefüge reduziert. Zudem steigen die Härte und Verschleißfestigkeit durch den höheren Martensitgehalt.

Das Tiefkühlen soll in erster Linie schleichende Änderungen in der Maßhaltigkeit verhindern und bietet folgende Vorteile:

• Festigung der Maßstabilität
• Abbau von Eigenspannungen
• Geringere Abnutzung durch höhere Verschleißfestigkeit
• Automatisierbar und reproduzierbar
• Optimal für Präzisionswerkzeuge

Grundvoraussetzungen zum Tiefkühlen sind ein Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,5 % sowie ein ausreichender Gehalt an Legierungselementen mit einer Martensitfinishtemperatur (Mf) unter 30 °C. Alle Stähle, die diese Voraussetzungen erfüllen, eignen sich zum Tiefkühlen. Beispiele dafür sind:

• Ledeburitische Chromstähle (z.B. 1.2080, 1.2379, 1.2436)
• Schnellarbeitstähle
• Eutektoide Werkzeugstähle (z.B. 1.2842)

Unsere Anlagen zum Tiefkühlen bieten folgende Abmessungen: 1.150 x 750 x 600 mm / 500 kg

Erfahren Sie in unserer interaktiven Standortübersicht, wo wir bei Härtha das Tiefkühlen von Stahl anbieten.

Sie wollen Ihre Bauteile bei uns Härten und Tiefkühlen lassen? Gerne kommen wir mit einem Angebot auf Sie zu. Verraten Sie uns zunächst bitte die Werkstoffbezeichnung, die Abmessungen sowie Gewicht und Stückzahl der zu behandelnden Werkstücke.