von Duroplasten, Thermoplasten, Elastomeren, Glas und galvanisierten Bauteilen

Beim Tempern wird ein Festkörper – zumeist aus Glas, Acryl (PMMA) oder anderen Kunststoffen – über einen werkstoffspezifischen Zeitraum hinweg (einige Minuten bis Tage) auf eine Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur erhitzt, um seine Materialeigenschaften grundsätzlich zu verbessern.

Ziel ist der Ausgleich von Strukturdefekten, der Abbau interner Spannungen, die Verbesserung der Kristall- und/oder Oberflächenstruktur sowie die Erhöhung der Festigkeit bzw. Zähigkeit und der Chemikalenresistenz des Bauteils.

Anwendungsbeispiele sind hier die Herstellung von Glasprodukten und eng tolerierten Kunststoffbauteilen (Erhöhung der Maßhaltigkeit) und die Vermeidung einer Wasserstoffversprödung bei galvanisch verzinkten Oberflächen von Verbindungselementen.

Werkstoffgefüge aus Kunststoffen, Verbundwerkstoffen (Composite aus GfK, GMT, CfK etc.), Silikon und Gummi werden industriell zu formstabilen Produkten für unterschiedlichste Verwendungen hergestellt. Hierzu werden diese Materialien entweder in einem Formgebungsverfahren soweit vorvernetzt, bis sich eine formstabile Gefügematrix gebildet hat, oder mittels eines Beschichtungs- oder Laminierungsverfahrens unvernetzt aufgetragen bzw. zu einem Bauteil zusammengefügt.

In dem sich anschließenden Wärmebehandlungsverfahren, dem Härten, wird durch Temperatureinwirkung die im Formgebungsprozess stattgefundene Primärvernetzung bzw. die sich noch im nicht vernetzten Zustand befindlichen aufgetragenen Kunststoffe zu einer irreversiblen, funktionsstabilen Gefügestruktur ausgebildet. Die Produkte erhalten somit durch die thermische Ausreaktion ihrer Bindemittel (Phenol-, Epoxid-, Silikonharze etc.) die erforderliche End- bzw. Gestaltfestigkeit.

Abhängig von den produkterzeugenden Werkstoffen und/oder Bindemitteln treten bei der Ausreaktion brennbare flüssige bzw. gasförmige Reaktions-/Abspaltungsprodukte auf, deren Konzentration während des Wärmebehandlungsprozesses sicher gehandhabt bzw. die sicher abgeführt werden müssen.

Bei der Planung Auslegung von diesbezüglichen Härtungsanlagen greifen die Vorgaben der DIN EN 1539 für einen sicheren Prozessablauf und für die gefahrlose Ausbringung explosionsgefährlicher bzw. brennbarer Stoffe.

Der Entzug von Wärme bzw. thermischer Energie aus einem Werkstoff/Bauteil wird als Kühlen bezeichnet. Je nach zu erzielender Materialeigenschaft kann das Kühlen langsam oder schnell erfolgen:

• langsame Abkühlung: Abbau innerer mechanischer Spannungen, Erhöhung von Festigkeit und Formstabilität, Vermeidung von Spannungsrissen im Material, Temperaturreduzierung für die manuelle Weiterverarbeitung
• schnelle Abkühlung (Abschrecken in Umluft-Kühlkammer): „Einfrieren“ der wärmetechnisch erzeugten Gefügematrix, Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Werkstoffs/Bauteils gegenüber thermischer und mechanischer Beanspruchung

(auch: Homogenisieren, Diffusionsglühen, Ausgleichsglühen)

Lösungsglühen ist eine Wärmebehandlung von meist metallischen Legierungen wie zum Beispiel Aluminiumlegierungen. Durch das Lösungsglühen werden Konzentrationsunterschiede der Legierungselemente durch Diffusion vermindert bzw. Gefügeinhomogenitäten (Kristall-Seigerungen) aufgelöst, die Gefügestruktur homogenisiert und somit die Spannungen im Werkstück abgebaut.

Durch das Härten von Werkstoffen zur Erhöhung der Materialfestigkeit kann die im Werkstoff mittels Wärme herbeigeführte Gitterverspannung auch negative Auswirkungen wie z.B. einen möglichen Materialverzug oder Härterisse im Bauteil nach sich ziehen.

Diese unerwünschten Begleiteigenschaften können bei Metallwerkstoffen / Stahl durch den i.d.R. vorgeschalteten Prozess des Spannungsarmglühens vermieden werden. Dabei werden die inneren Spannungen im Werkstoffgefüge weitestgehend abgebaut, wird eine verzugsarme industrielle Weiterverarbeitung des Werkstoffs (z.B. bei spanender oder spanloser Formgebung) ermöglicht und somit die Standzeiten von Metallwerkzeugen verlängert.

Anlassen bezeichnet die gezielte Erwärmung bzw. Durchwärmung eines häufig zuvor gehärteten Werkstoffs oder Bauteils unterhalb seines Umwandlungspunktes. Dabei befindet sich die atomare Gitterstruktur des Materials im gelösten Zustand, wodurch sich das Werkstoffgefüge enstpannen kann und dessen technische Eigenschaften positiv zu beeinflusst bzw. gezielt eingestellt werden können (vgl. Vorspannen von Stahlfedern).

Durch das Verfahren des Anlassens werden hauptsächlich folgende technische Eigenschaften erzielt:

• Erhöhung der Zähigkeit eines zuvor gehärteten Metalls
• Erzielung gewünschter optischer Effekte (z.B. Blaufärben)

(auch Warmauslagern, Ausscheiden, Ausscheidungshärtung, Aushärten)

Durch das Auslagern von Legierungen bzw. Werkstoffen mit Legierungsbestandteilen kann bei diesen Materialien bei Temperaturen zwischen 100 und 200 °C (Aluminiumlegierungen) in Verbindung mit der werkstoffspezifischen Behandlungsdauer gezielt die Dehngrenze erhöht bzw. die Festigkeit/Härte des Werkstoffs eingestellt werden.

In der Materialstruktur eines legierten Werkstoffes bilden sich durch das Lösungsglühen mit unmittelbar folgendem Abschrecken im Gefüge metastabile Phasen, die eine mechanisch nur bedingt stabile Gefügestruktur entstehen lassen. Durch das nachfolgend angewandte Auslagern werden durch die Abscheidung dieser metastabilen Phasen in einer fein verteilten Form (Ausscheiden) im Werkstoffgefüge Barrieren bzw. Begrenzungen geschaffen, die das Material am Fließen hindern bzw. den Versetzungsbewegungen entgegenwirken.

Beim Vorwärmen bzw. Warmhalten werden Werkstoffe und Bauteile auf ihre Verarbeitungstemperatur erwärmt bzw. auf Temperatur gehalten und so für einen nachgelagerten Verarbeitungsprozess vorbereitet.

Im Maschinen- und Anlagenbau werden zum Beispiel Bauteile in Montageprozessen durch Aufschrumpfen (Erwärmen/Abkühlen) zusammengefügt oder zum Schweißen vorgewärmt.