Maß- und Formänderungen bei der Wärmebehandlung

Maß- und Formänderungen treten bei nahezu allen Wärmebehandlungen auf. Der heute übliche Sprachgebrauch trennt gemäß DIN 17014 die meist weniger kritischen Änderungen der Maße eines Werkstücks (Maßänderungen) von den viel gefährlicheren Formänderungen. Unter Formänderungen sind die Veränderungen von Winkelbeziehungen und Krümmungen am Werkstück zu verstehen. Der Begriff "Verzug" sollte eher als umgangssprachliche Terminologie verwendet werden, wenn allgemein über Maß- und Formänderungen gesprochen wird.

Da Maß- und Formänderungen im Allgemeinen erst nach der Wärmebehandlung zu Tage treten, werden zumeist hier Fehler vermutet und Verbesserungen eingefordert. Dies geschieht häufig zu Unrecht, weil ihre Entstehung oftmals durch Fehler während der vorgeschalteten Prozesse bedingt ist.

Grundsätzlich lassen sich unvermeidbare und vermeidbare Maß- und Formänderungen unterscheiden.


Unvermeidbare Maß- und Formänderungen:

In erster Linie sind Umwandlungs- sowie Wärmespannungen Ursache für nicht zu verhindernde Maß- und Formänderungen. Umwandlungsspannungen entstehen durch das unterschiedliche, spezifische Volumen der Gefügearten Ferrit, Perlitt, Bainit, Martensit und Austenit, aber auch angelassener Martensit. Die beim klassischen Härten unabdingbare und gewollte Bildung von Martensit führt damit unausweichlich zu maßlichen Veränderungen und ist zumeist mit einer Verlängerung der Werkstücke in Walzrichtung verbunden.

Aber selbst ohne Gefügeumwandlung treten während der Erwärmung und Abkühlung Wärmespannungen auf. Sie kommen aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen dem Rand und dem Kern des Bauteils zwangsläufig zustande.


Vermeidbare Maß- und Formänderungen:

Oft werden Maß- und Formänderungen durch Asymmetrien unterschiedlicher Art verursacht, die jedoch in vielen Fällen vermeidbar wären.

Bereits in der Konstruktionsphase sollte auf eine möglichst symmetrische Ausgestaltung geachtet werden. Zu große Querschnittsunterschiede sowie scharfe Kanten sind unbedingt zu vermeiden.

Der verwendete Werkstoff kann ungewollte Asymmetrien wie etwa Seigerungen in sich bergen.

Während der mechanischen Fertigung führen eine einseitige Spanabnahme zum einseitigen Verbleib der vom Walzen beeinflussten Randzone und damit ebenso zu vermeidbaren Asymmetrien im Gefügeaufbau.

Weiterhin kann das Maß- und Fomänderungsverhalten mitunter günstig beeinflusst werden, wenn während der Fertigung die Walzrichtung des Vormaterials beachtet wird.

Dies sind Beispiele für häufig beobachtete Fehler und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Ihnen allein ist gemeinsam, dass ihre Folgen hinsichtlich des Maß- und Formänderungsverhalten erst während der Wärmebehandlung zu Tage treten, nicht jedoch durch diese verursacht werden.