Schrauben und Muttern gehärtet Verhärtetes Stahl zu zuverlässigen Befestigungsmitteln

Wenn das Härten Bolzen ihre Härte verleiht, Anlassen verleiht ihnen ihre Nützlichkeit. Als abgeschrecktes Martensit ist hart, aber spröde – nutzlos für jede reale Anwendung. Anlassen wandelt dieses spröde Martensit in angelassenen Martensit um, die Mikrostruktur, die das richtige Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität für die Festigkeitsklassen 8.8, 10.9 und 12.9 liefert. In diesem Artikel beantworten wir fünf kritische Fragen zum Anlassen von Verbindungselementen, basierend auf unserer Erfahrung im Werk, um Ihnen zu helfen zu verstehen, wie Sie konsistente, zuverlässige mechanische Eigenschaften erzielen können.

Anlassen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem gehärteter (als abgeschreckter) Stahl auf eine Temperatur unterhalb des unteren kritischen Punktes (typischerweise 400–650 °C für die meisten Verbindungselementstähle) erwärmt, für eine bestimmte Zeit gehalten und dann abgekühlt wird – normalerweise an ruhender Luft. Der Zweck ist:

• Sprödigkeit reduzieren – Als abgeschrecktes Martensit ist sehr hart, aber extrem spröde; ein gehärteter Bolzen kann wie Glas brechen.

• Innere Spannungen abbauen – Schnelles Abkühlen während des Härtens erzeugt hohe Eigenspannungen, die zu Verzug oder verzögertem Reißen führen können.

• Mechanische Eigenschaften anpassen – Durch Wahl der Anlasstemperatur können wir die genaue Kombination aus Festigkeit, Härte und Zähigkeit erreichen, die für eine bestimmte Festigkeitsklasse erforderlich ist.

Die vollständige Härte-und-Anlass-Sequenz (Q&T) für hochfeste Verbindungselemente:

Kaltumgeformter oder geschmiedeter Rohling → Austenitisieren (830–880 °C) → Härten (schnelles Abkühlen) → als abgeschrecktes Martensit (50–55 HRC, spröde) → Anlassen (400–650 °C) → angelassener Martensit (28–44 HRC, zäh) → Endprodukt.

Praxisbeispiel – die Gefahr des Überspringens des Anlassens:

Ein kleiner Bolzenhersteller schickte uns einmal eine Probe von „Festigkeitsklasse 10.9“-Bolzen zum Testen. Als wir sie auf Spezifikation drehten, brachen sie mit einem sauberen, flachen Bruch. Die Mikrostruktur zeigte unangelassenen Martensit – sie hatten das Anlassen übersprungen, um Zeit zu sparen. Jeder Bolzen wurde abgelehnt. Anlassen ist nicht optional; es verwandelt ein gefährlich sprödes Verbindungselement in ein zuverlässiges.

Während des Anlassens zersetzt sich der als abgeschreckte Martensit – eine übersättigte feste Lösung von Kohlenstoff in Eisen – in eine Mischung aus Ferrit und feinen Karbidpartikeln. Je höher die Temperatur, desto mehr wachsen und verschmelzen die Karbide, was die Festigkeit reduziert, aber die Duktilität und Zähigkeit erhöht.

Einfluss der Anlasstemperatur auf die mechanischen Eigenschaften (typisch für 40Cr oder SCM435):

Schlussfolgerung:

• Niedrigere Anlasstemperatur → höhere Festigkeit, geringere Zähigkeit.

• Höhere Anlasstemperatur → geringere Festigkeit, höhere Zähigkeit.

• Die Kunst der Wärmebehandlung besteht darin, die genaue Temperatur zu treffen, die die erforderliche Festigkeitsklasse mit ausreichendem Sicherheitsspielraum liefert.

Praxisbeispiel – das Ziel treffen:

Ein Kunde benötigte SCM435 M14 Bolzen mit einer engen 10.9-Spezifikation: 32–36 HRC. Bei 860 °C Austenitisieren und Ölquenching versuchten wir das Anlassen bei 480 °C – Härte 38–40 HRC (zu hoch). Bei 520 °C – 34–36 HRC (innerhalb der Spezifikation). Bei 550 °C – 30–32 HRC (zu niedrig). Wir stellten 510–530 °C als stabiles Prozessfenster fest und erreichten 34 ± 1 HRC.

Selbst bei der richtigen Temperatur kann das Anlassen schiefgehen. Hier sind die häufigsten Fehler, Ursachen und Präventionsmethoden:

Praxisbeispiel (Anlassversprödung):

Eine Charge von 42CrMo M20 Bolzen (Festigkeitsklasse 10.9) bestand Härte- und Zugtests, versagte aber beim Schlagtest (Charpy V-Kerbe) bei -20 °C. Die Bruchfläche zeigte intergranulare Rissbildung – klassische Anlassversprödung. Der Kunde hatte die Bolzen von 520 °C langsam abgekühlt, anstatt an der Luft. Der Wechsel zur Luftkühlung (erzwungene Lüftung) eliminierte die Versprödung.

Prüfmethoden nach dem Anlassen:

• Härteprüfung: Rockwell C (HRC) oder Brinell (HB). Muss über die Charge hinweg einheitlich sein.

• Zugprüfung: Bestätigt Prüflast, Streckgrenze und Dehnung (insbesondere für 10.9 und 12.9).

• Schlagprüfung (Charpy): Erforderlich für Kaltklima- oder dynamische Lastanwendungen.

• Mikrostruktur: Angelassener Martensit – kein unangelassener Martensit, kein Ferrit/Perlit.

Unterschiedliche Materialien reagieren unterschiedlich auf das Anlassen. Die folgende Tabelle zeigt typische Anlassparameter für gängige Verbindungselementstähle nach vollständigem Härten.

Besondere Hinweise für rostfreien Stahl:

• Martensitische rostfreie Verbindungselemente (410, 420) werden wie legierte Stähle gehärtet und angelassen, aber die Anlasstemperaturen sind oft höher (550–700 °C), um eine gute Zähigkeit zu erreichen.

• Austenitische rostfreie Bolzen (304, 316) werden nicht gehärtet und angelassen; sie werden durch Kaltverfestigung gehärtet. Wenden Sie Q&T nicht auf sie an.

Praxisbeispiel (unterschiedliche Materialien, gleicher Ofen):

Ein Kunde führte sowohl 40Cr (10.9) als auch SCM435 (10.9) Bolzen in derselben Anlasscharge bei 520 °C. Die 40Cr Bolzen kamen mit 35 HRC (gut) heraus, aber die SCM435 Bolzen waren 38 HRC (grenzwertig zu hoch). Grund: SCM435 enthält Molybdän, das die Erweichung beim Anlassen verlangsamt. Die Lösung: getrennte Chargen oder Anpassung der Temperatur um 20–30 °C.