Was ist kaltgezogener Stahl?
Kaltgezogener Stahl ist Edelstahl, der ohne Erwärmung durch Zugkräfte kaltumgeformt wurde. Dieser Prozess ist das Kaltziehen. Dabei wird Draht, ein Stab oder ein Vorprofil aus Stahl bei Raumtemperatur durch formgebende Werkzeuge gezogen, um bestimmte mechanische Eigenschaften und eine präzise Geometrie im Zwischen- oder Fertigprofil zu erzielen.
Rundstäbe oder Flachstähle lassen sich einfach kaltziehen. Komplexe Geometrien müssen aber oft mehrfach kaltgezogen werden. Zwischen den verschiedenen Durchgängen bietet sich das Lösungsglühen an.
Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie beispielsweise C15 oder C45, lassen sich besonders gut kaltumformen. Diese unlegierten Kohlenstoffstähle kommen in der Regel in Anwendungen mit geringen mechanischen Belastungen zum Einsatz.
Verfahrensablauf beim Kaltziehen
Das Kaltziehen ist ein hochpräzises Verfahren, das drei wesentliche Schritte umfasst:
- Vorbereitung des Ausgangsmaterials: Das Ausgangsmaterial ist zumeist eine Stange oder ein Draht aus Edelstahl. Das Werkstück muss auf die gewünschte Länge gekürzt werden. Zudem muss die Oberfläche gereinigt und entfettet werden.
- Kaltziehen: Zum Kaltziehen wird das Werkstück in die Ziehvorrichtung eingespannt. Unter Einwirkung von Zugkräften wird es dann bei Raumtemperatur durch eine oder mehrere Matrizen gezogen. Die Matrizen bestimmen dabei die Geometrie des fertigen Werkstücks. Während des Kaltziehens wird das Material verlängert und verjüngt. Das Ziehen wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Länge und Dicke erreicht sind.
- Nachbehandlung: Nach dem Kaltziehen kann eine Wärmebehandlung die Festigkeit des fertigen Produkts steigern oder eine Oberflächenbehandlung die Korrosionsbeständigkeit steigern.
Anwendungsbereiche
Das Kaltziehen von Stahl spielt in vielen Industriesektoren eine Rolle, beispielsweise in der Automobilindustrie und in der Luft- und Raumfahrttechnik. Aber auch on der Elektronik oder in der Bauindustrie kommt es zum Einsatz. Konkrete Produkte sind zum Beispiel Rohre, Federn, Bolzen oder auch Drahtseile.
Vorteile
Das Kaltziehen bringt vielfältige Vorteile für ein Werkstück und den Produktionsprozess. Der wichtigste Aspekt ist, dass mit dem Kaltziehen sehr präzise Querschnitte erreicht werden können. Gleichzeitig steigt durch die Kaltverfestigung die Härte des Materials und auch die magnetischen Eigenschaften können zunehmen. Zudem weist kaltgezogener Stahl eine feinkörnige und glänzende Oberflächenqualität auf. Nicht zuletzt spielt aber auch die Kosteneffizienz eine Rolle.
Nachteile
Bei sehr komplexen Geometrien ist das Kaltziehen nicht immer kosteneffizient, weil mehrere Durchgänge und das Lösungsglühen als Zwischenschritt notwendig sein können. Zudem weist kaltgewalzter Stahl beim Biegen eine schlechtere Torsionsleistung als warmgewalzter Stahl auf.
Was ist der Unterschied zwischen Kaltwalzen und Kaltziehen?
Kaltwalzen und Kaltziehen sind zwei grundlegend unterschiedliche Prozesse der Kaltumformung von Metallen. Folgende Tabelle zeigt beide Verfahren im Überblick.
| Kaltwalzen | Kaltziehen | |
|---|---|---|
| Ausgangsmaterial | – Platte, Band oder Draht aus Metall | – Stab oder Draht aus Metall |
| Prozess | – Werkstück wird durch zwei oder mehrere Walzen geführt | – Werkstück wird durch eine oder mehrere Matrizen gezogen |
| Hauptziele | – Reduzierung der Dicke – Glättung der Oberfläche | – Reduzierung des Durchmessers – Verlängerung – Formgebung |
| Endprodukt | – flach oder bandförmig – Bleche, Bänder | – verschiedene Geometrien – Draht, Stäbe, Rohre |
| Anwendung | – z. B. Automobilbau, Bauwesen, Elektronik | – z. B. Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau |
Kann man kaltgewalzten Stahl schweißen?
Kaltgewalzter Stahl lässt sich unter bestimmten Voraussetzungen schweißen. Das umfasst eine präzise Oberflächenvorbereitung und ein geeignetes Schweißverfahrens. Zudem kann eine Vorerwärmung des Stahls die Qualität der Schweißverbindungen verbessern.
Geeignete Wärmebehandlungen nach dem Kaltziehen
Im Anschluss an das Kaltziehen bieten sich verschiedene Verfahren an, um die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts weiter zu verbessern und gezielt zu gestalten:
- Anlassen: Das Anlassen eignet sich zum Abbau innerer Spannungen, die beim Kaltziehen entstanden sind. Dazu wird das Material zunächst erhitzt und dann langsam abgekühlt. Dadurch sinkt die Härte und die Zähigkeit nimmt zu.
- Vergüten: Durch Vergüten erreichen hochfeste Stähle nach dem Kaltziehen eine höhere Festigkeit und Härte. Dafür wird der Stahl auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt. Das Ergebnis ist eine martensitische Struktur.
- Lösungsglühen: Beim Lösungsglühen wird das Material erhitzt, um Verunreinigungen und Kristallfehler zu beseitigen. Ziel ist eine Homogenisierung der Kornstruktur für eine bessere Zähigkeit und Duktilität. Lösungsglühen findet primär bei Edelstählen Anwendung.
- Normalglühen: Mittels Normalglühen lassen sich innere Spannungen abbauen und die Kornstruktur verfeinern. Das Material wird dafür moderat erhitzt und langsam abgekühlt.
