Das Glühen kann in drei verschiedene Phasen unterteilt werden.

Phase 1: Anwärmen

Die erste Phase ist das Anwärmen. Dabei wird das Werkstück auf Glühtemperatur erhitzt und komplett durcherwärmt. In dieser Phase ist die spezifische Aufheizgeschwindigkeit des jeweiligen Werkstoffs zu beachten.

Phase 2: Halten

Die zweite Phase wird Haltephase genannt. Das Bauteil wird konstant auf Glühtemperatur gehalten, damit ein Temperaturausgleich im gesamten Werkstück stattfinden kann. Zudem können jetzt die gewünschten physikalischen und chemischen Prozesse ausbalanciert werden. Die notwendige Haltezeit ist abhängig von der Werkstoffsorte, von der Form des Bauteils und der Position im Glühofen.

Phase 3: Abkühlen

Im letzten Schritt folgt das Abkühlen. Das Bauteil wird jetzt bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Auch in dieser Phase kann die Geschwindigkeit eine wichtige Rolle spielen. Danach ist der Glühvorgang beendet.

Bildunterschrift: Glühfarben für das Glühen von Stahl

Komplexere Wärmebehandlungen

Gelten besonders hohe Qualitätsanforderungen an einen Werkstoff, müssen die drei Phasen gegebenenfalls weiter unterteilt werden. Für manche Werkstoffsorten sind neunstufige Behandlungen vorgesehen. Hier spricht man von so genannten Glühvorschriften bzw. Glühprogrammen. Der Begriff Glühprogramm wird allerdings auch für mehrere aufeinander folgende Glühvorgänge unterschiedlicher Produkte oder desselben Werkstückes verwendet.
 

Unterscheidung nach Glühverfahren

Das Glühen wird in folgende Verfahrensweisen unterteilt:

• Normalglühen
• Weichglühen
• GKZ-Glühen
• Spannungsarmglühen
• Grobkornglühen
• Rekristallisationsglühen
• Diffusionsglühen oder Homogenisierungsglühen
• Wasserstoffarmglühen oder Wasserstoff-Effusionsglühen

Das Normalisieren von Stählen wird auch als Normalglühen bezeichnet. Bei diesem Verfahren soll sich ein feinkörniges Kristallitgefüge gleichmäßig über das gesamte Werkstück verteilen. Die notwendige Temperatur richtet sich nach dem Kohlenstoffgehalt. Metalle mit geringem Kohlenstoffgehalt können mit bis zu 950 °C normalgeglüht werden. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt werden hingegen knapp unter 800 °C normalgeglüht.

Beim Weichglühen kommen Temperaturen zwischen 650 °C und 800 °C zum Einsatz. In diesem Temperaturbereich wird weniger Zementit und Perlit ausgeschieden. Dadurch verringern sich sowohl die Härte als auch die Festigkeit des Stahls und er wird leichter verformbar.

Vergleichbar mit dem Weichglühen ist das GKZ-Glühen, kurz für Glühen auf kugeligem Zementit. Dabei steht ein hoher Grad eingelagerter Karbide im Vordergrund, um die Kaltumformung bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Das wird durch ein Pendelglühen und eine langsame Abkühlung erreicht.

Ziel des Spannungsarmglühens ist die Beseitigung von Eigenspannungen im Stahl, ohne dass andere Eigenschaften beeinflusst werden. Das wird bei Temperaturen zwischen 480 °C und 680 °C erreicht.
 
Wie der Name verrät, wird beim Grobkornglühen die Größe der Kristallite erhöht, wodurch sich die Festigkeit und Zähigkeit verringern – die ideale Voraussetzung für spanabhebende Bearbeitung.
 
Beim Rekristallisationsglühen wird der Werkstoff auf eine Temperatur knapp oberhalb der individuellen Rekristallisationstemperatur erhitzt. Diese ist abhängig vom Verformungsgrad und der Schmelztemperatur des Werkstoffs. In der Regel liegt sie zwischen 550 °C und 700 °C. Ziel dieses Glühverfahrens ist es, Kristallitgefüge, die durch Kaltverformung verändert wurden, wieder in den Ursprungszustand zu bringen.
 
Eine weitere Glühmethode ist das Diffusionsglühen, auch Homogenisierungsglühen genannt. Bei Temperaturen zwischen 1.050 °C und 1.300 °C werden Fremdatome gleichmäßig im Metallgitter des behandelten Werkstücks eingelagert. Dieser Vorgang kann bis zu zwei Tage dauern.
 
Abschließend gibt es das Wasserstoff-Effusionsglühen oder Wasserstoffarmglühen. Bei Temperaturen zwischen 200 °C bis 300 °C findet über Stunden hinweg ein Effusionsprozess bzw. ein Entweichen von Wasserstoffatomen statt, die das Material zuvor versprödet haben.
 

Vorteile auf einen Blick

Zusammengefasst können verschiedene Glühverfahren folgende Vorteile bringen:

• Bessere mechanische Eigenschaften
• Eine besser für die Kaltumformung geeignete Gefügestruktur<
• Abbau von Spannungen
• Bessere Vorbereitung auf spanlose und spanabhebende Bearbeitung
• Wiederherstellung des Ausgangszustandes

Die richtige Temperatur 

Bildunterschrift: Temperaturbereich beim Weichglühen

Vorzüge auf einen Blick

Gegenanzeigen

Das Spannungsarmglühen baut innere Spannungen in metallischen Gefügen ab. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Eigenspannungen im Metall mit Beanspruchungsspannungen überlagern, die durch eine Weiterbearbeitung oder Verwendung des Werkstücks auftreten können. Das schützt das Werkstück vor Verzug und Bruch.

Eigenspannungen entstehen im Metall unter anderem durch folgende Prozesse:

• Spanabhebende Bearbeitung wie zum Beispiel Drehen oder Fräsen
• Schweißen
• Kaltverformung wie zum Beispiel Tiefziehen oder Biegen
• Ungleichmäßige Abkühlung wie zum Beispiel durch Schwindungsbehinderung beim Gießen
• Gefügeumwandlung

Wird das Spannungsarmglühen fachgerecht durchgeführt, können in der Regel mehr als 90% der Spannungen abgebaut werden. Das Spannungsarmglühen kann in einem Umluftofen erfolgen.

Zum Schutz der Werkstückoberfläche vor Oxidation wird das Spannungsarmglühen im Schutzgasofen durchgeführt. Bei hohen Anforderungen an die Bauteiloberfläche bietet sich zudem die Behandlung in einem Vakuumofen an.

Einzelne Phasen

Das Spannungsarmglühen unterteilt sich im Wesentlichen in drei Phasen: das Anwärmen, das Halten und das Abkühlen. In der Anwärmzeit wird der Werkstoff erhitzt. Danach folgt eine Haltezeit von vier bis sechs Stunden bei gleichbleibender Temperatur.

Die Glühtemperatur und die Glühdauer sind wichtige Komponenten für ein gelungenes Verfahren. Abschließend wird das Werkstück während der Abkühlzeit langsam an der Luft oder im Ofen abgekühlt, um erneut auftretende Spannungen und Rissbildung zu vermeiden.

Sowohl die Aufwärmphase als auch die Abkühlphase sollten langsam und kontrolliert entsprechend der Wärmeleitfähigkeit im Material erfolgen. Das sorgt für einen geringen Temperaturgradienten zwischen der Oberfläche und dem Kern des Werkstücks. Eine zu schnelle Aufwärm- oder Abkühlgeschwindigkeit kann zu neuen Spannungen führen. Das spielt vor allem bei Werkstücken mit großen Unterschieden in der Form und Wanddicke eine Rolle.

Vorteile auf einen Blick

Das Spannungsarmglühen bringt unter anderem folgende Vorteile für ein Bauteil:

• Minimierung der Spannungen um über 90%
• Bessere Zerspanbarkeit des Materials und damit längere Standzeit für Werkzeuge
• Verzugsarme Weiterbearbeitung möglich
• Minimierung der Rissbildungsgefahr
• Keine Aufhärtung an der Bauteiloberfläche
• Höhere Präzision
• Kurze Bearbeitungszeiten durch geringeres Aufmaß

Spannungsarmglühen ist sinnvoll nach der Grobbearbeitung von Werkstücken. Zum Beispiel können Schweißkonstruktionen auf diese Weise von Spannungen befreit werden.

Außerdem eignet sich dieses Verfahren zur Vorbereitung der Feinbearbeitung von Werkstücken. So müssen zum Beispiel Bauteile mit geringen Maßtoleranzen, die durch Nitrocarburieren behandelt werden sollen, geringe Spannungen aufweisen.

Die richtige Glühtemperatur ist essenziell für das gewünschte Ergebnis. Sie ist unter anderem abhängig von der Werkstoffsorte und der Vorbehandlung. Vergütete Stähle werden beispielsweise mindestens 30 °C unter der letzten Anlasstemperatur geglüht. Gehärtete Gusseisen können gar nicht spannungsarmgeglüht werden, weil die Glühtemperatur einen Anlasseffekt auslösen würde.

Unvergütete Gusseisen können geglüht werden. Die richtige Temperatur ist abhängig von der Legierungszusammensetzung. Für unlegierte Gusseisensorten sind das 500 °C bis 550 °C, für niedriglegierte 550 °C bis 600 °C, und für hochlegierte 600 °C bis 650°C.

Feinkornstähle werden bei Temperaturen unter 580 °C geglüht, weil es sonst zu einer Vergröberung im Gefüge kommt. Rostfreie Stähle werden zumeist mit Lösungsglühen behandelt.

Kupfer- und Messingkomponenten können ebenfalls mit Spannungsarmglühen behandelt werden. Je nach Zusammensetzung der Legierung liegt die Glühtemperatur bei Messingbauteilen zwischen 250 °C und 500 °C und bei Kupferwerkstücken zwischen 150 °C und 275 °C.

Die Ausscheidungshärtung macht sich das Prinzip zu Nutze, dass die Löslichkeit mancher Legierungselemente mit sinkender Temperatur abnimmt. Damit das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann, sind drei Schritte notwendig: das Lösungsglühen, das Abschrecken und das Auslagern, bei dem die eigentliche Ausscheidung stattfindet.

Lösungsglühen (Diffusionsglühen, Homogenisieren)

Damit die spätere Ausscheidung gelingen kann, müssen zunächst alle nötigen Elemente gelöst vorliegen. Dazu findet das Lösungsglühen statt. Bei diesem Schritt ist die richtige Temperatur von großer Bedeutung. Sie muss hoch genug sein, damit möglichst keine groben Teilchen mehr bestehen bleiben. Sie darf aber nicht zu hoch sein, weil sonst Gefügebestandteile schmelzen und eine Weiterverarbeitung unmöglich wird.

Dieser Prozess kann nur einige Minuten in Anspruch nehmen oder mehrere Stunden dauern. Das ist abhängig von der Größe des Bauteils, von der Fein- bzw. Grobkörnigkeit des Gefüges, vom Legierungstyp und der Verarbeitung des Halbzeugs (z.B. geschmiedet, gepresst etc.).

INFO: Dispersoide
Die so genannten Dispersoide werden schon beim Lösungsglühen ausgeschieden. Diese Teilchen behindern die Korngrenzenbewegungen und kontrollieren damit die Rekristallisation. Wegen ihrer Größe und ihres geringen Gehalts im Material bedingen sie nur eine vernachlässigbare Festigkeitssteigerung.

 
Nun folgt das Abschrecken in einem geeigneten Medium. Das können Wasser oder Öl sein, aber auch Gas bzw. Druckluft. Das Abschreckmedium ist werkstoffabhängig. Das Abschrecken verhindert die Diffusion und versetzt den Mischkristall in einen metastabilen, übersättigten, einphasigen Zustand.

Auslagern

Im letzten Schritt passiert die eigentliche Ausscheidung bzw. das Auslagern. Die Temperatur bestimmt die Dauer und die Art der Ausscheidung. Faktoren wie die Keimbildung und die Ausscheidungsreifung können angepasst werden.

Die richtige Temperatur für die Ausscheidung ist in erster Linie von der Werkstofflegierung abhängig. Bei Aluminiumlegierungen sind es Temperaturen zwischen 150 °C und 190 °C, bei Maraging-Stahl Temperaturen von 450 °C bis 500 °C.

Während die Diffusion bzw. die Ausscheidung durch die Temperatursteigerung beschleunigt wird, wandelt sich der übersättigte, einphasige Mischkristall in eine zweiphasige Legierung um.

Die erste Phase ist die Matrix – sie ist im Volumen zusammenhängend und bildet meist den größeren Anteil. Die neu gebildete zweite Phase ist die Ausscheidung – ein homogenes Gefüge aus vielen kleinen Ausscheidungen, die gezielt eingestellt werden können.

Das Normalglühen soll negative Einflüsse, die beispielsweise durch Gießen oder Schweißen im Gefüge entstanden sind, ausgleichen. Beim Walzen kann das Normalglühen schon während des Verfahrens vorgenommen werden. Man spricht dann vom normalisierenden Walzen.

Grundsätzlich ist das Normalglühen ein gut reproduzierbarer Prozess. Es setzt sich aus drei Schritten zusammen: die Erwärmung, die Haltezeit und die Abkühlung.
Die Erwärmung wird bis oberhalb der GSK-Linie vorgenommen. Der Werkstoff erreicht dabei ungefähr seine Härtetemperatur zwischen 800 °C und 920 °C. Die größeren Ferritkörner wandeln sich nun in kleinere Austenitkörner um.

Nach der Erwärmung folgt die Haltezeit für eine gleichmäßige Gefügeumwandlung. Die Haltezeit ist abhängig von der Größe und Form des Bauteils. Sie beträgt in der Regel eine bis acht Stunden.

Im Anschluss wird das Werkstück an der Luft oder im Gas abgekühlt. In dieser Phase bilden sich wieder Ferritkörner, aber mit einer feineren Korngröße. Damit ist das Ziel des Normalglühens erreicht – ein homogenes Gefüge.

Um das Material vor Entkohlung und Oxidation zu schützen, bietet sich das Normalglühen unter Schutzgasatmosphäre an.

INFO: Formel zur Berechnung der Haltedauer
Haltedauer (in Minuten) = 60 + maximaler Werkstückdurchmesser (in mm)

Bildunterschrift: Gefügeänderung beim Normalglühen

Die Rolle der Temperatur

Aus energetischen Gründen neigen Stahlgefüge dazu, ein einziges großes Korn bilden zu wollen. Auf dem Weg dahin stellt sich die Grobkornbildung ein. Hohe Temperaturen begünstigen die dafür notwendigen Diffusionsprozesse. Deshalb darf die Temperatur beim Normalglühen nicht zu hoch gewählt werden. Sie sollte in der Regel maximal 30 °C über der GSK-Linie liegen, um eine Grobkornbildung zu vermeiden.

Bei übereutektoiden Stählen soll sich ein perlitisch-zementitisches Gefüge ausbilden. Dazu werden Temperaturen nahe über dem oberen Umwandlungspunkt A1 gewählt.

Bei untereutektoiden Stähle mit weniger als 0,8% Kohlenstoffanteil ist das Ziel des Normalglühens ein ferritisch-perlitisches Gefüge. Dafür sollten Glühtemperaturen von 30 °C bis 50 °C über dem oberen Umwandlungspunkt A3 gewählt werden.

Bildunterschrift: Temperaturbereich beim Normalglühen

Vorteile auf einen Blick

Normalgeglühte Werkstücke profitieren von folgenden Vorteilen:

• Beseitigung unerwünschter Bainit- oder Karbidanteile im Gefüge
• Bildung eines feinkörnigen und homogenen Gefüges
• Bessere mechanische Eigenschaften
• Bessere Bearbeitbarkeit und Zerspanbarkeit

Das Normalglühen wird oft im Anschluss an Stahlverarbeitungsprozesse wie das Gießen, Schmieden oder Schweißen angeschlossen, um eine Kornfeinung zu erreichen. Es eignet sich also beispielsweise für Schmiedeteile, Schweißkonstruktionen und Stahlgussstücke.

Zum Normalglühen eignen sich insbesondere folgende Werkstoffe:

• Niedrig legierte Stähle
• Verschiedene Kupferlegierungen
• Aluminium und seine Legierungen
• Titan

 
Umwandlungsfreie Stähle, wie zum Beispiel ferritische und austenitische rostfreie Stähle, eignen sich nicht zum Normalglühen. Hier fehlt als Grundvoraussetzung die Möglichkeit zur α-γ-α-Umwandlung.

Wir freuen uns, dass Sie bei uns Normalglühen beauftragen wollen. Um Ihnen schnellstmöglich ein Angebot zu unterbreiten, benötigen wir vorab folgende Informationen:

• Werkstoffnummer
• Weitere Bearbeitungen

Unsere Standortübersicht zeigt Ihnen, wo Sie bei Härtha Normalglühen lassen können.

Vorzüge auf einen Blick

Das Ziel des Zwischenglühens ist es, die Kristallstruktur des Materials zu optimieren und damit die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Je nach Material und Anwendung kann das Zwischenglühen auch dazu beitragen, die Korrosionsbeständigkeit oder die Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen zu erhöhen.

Zwischenglühen kann direkt während des Produktionsprozesses eines Werkstücks zum Einsatz kommen, zum Beispiel nach dem Einsatzhärten. Dazu wird das Werkstück nach dem Aufkohlen oder Kornrückfeinen über längere Zeit unterhalb des unteren Umwandlungspunktes erhitzt und dann langsam abgekühlt.

Das Verfahren wird auch zur Verlängerung der Standzeit bereits genutzter Bauteile eingesetzt, zum Beispiel für Formstahl-Bauteile in Druckgießformen. Durch die einsatzbedingten Temperaturwechsel haben sich im Bauteil Spannungen gebildet, die nun abgebaut werden.

Bei vergüteten Stahlteilen entspricht das Zwischenglühen im Prinzip einer Anlassbehandlung. Es wird aber eine Temperatur gewählt, die etwa 30 °C bis 50 °C niedriger liegt als die Anlasstemperatur bei Herstellung. Die Haltezeit liegt bei zwei bis vier Stunden. Diese Art des Zwischenglühens kann nach einer erneuten Einsatzperiode des Bauteils wiederholt werden.

Vorteile auf einen Blick

Das Zwischenglühen birgt verschiedene Vorteile für Werkstücke in der Produktion und für bereits im Einsatz befindliche Bauteile:

• Reduzierte Spannungen
• Bessere Verformbarkeit
• Verbesserte Verarbeitbarkeit
• Auch bei mehrstufigen Umwandlungsprozessen keine Rissbildung
• Längere Standzeiten