mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

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Mikrokaltumformen?

Fallrohrofen

Metallische Bauteile: Hart und spröde oder weich und zäh? Oft eine Frage von Temperatur und Zeit.

... ich mache Metalle hart oder weich, indem ich sie in einem Ofen mit Wärme behandle. Nur wenn ich alles richtig mache, würde zum Beispiel ein sehr kleines Messer lange scharf bleiben. Die Wahl der Ofentemperatur und Glühdauer entscheidet dabei über die Eigenschaften der sehr kleinen Bauteile. Auch um Metallen durch Biegen eine neue Form zu geben , muss ich sie wärmebehandeln, damit sie besonders weich und gut umformbar sind.

Wie Metalle durch Wärme leichter formbar werden

Beim Kaltumformen von Metallen wird das Material immer fester und härter, je stärker man es umformt. Den Effekt kann man anhand einer Büroklammer nachvollziehen, die nach mehrmaligem Biegen an der gleichen Stelle schwerer zu biegen ist und letztendlich bricht, weil das Metall durch das Verformen an dieser Stelle fester wird. Dies kann durch eine Wärmebehandlung, das Rekristallisationsglühen, rückgängig gemacht werden. Das metallische Werkstück wird hierzu in einem Ofen auf hohe Temperaturen erhitzt und für eine gewisse Dauer dort belassen, was als „glühen" bezeichnet wird. Die hierfür nötigen Temperaturen sind abhängig vom Werkstoff und betragen ungefähr 40 Prozent der Schmelztemperatur in Grad Kelvin. Je länger das Metall geglüht wird, desto weicher und besser formbar wird es zumeist. Jedoch gibt es auch hierbei Grenzen, die für metallische Mikrobauteile noch nicht abschließend erforscht sind. Daher untersuche ich die Festigkeit und Umformbarkeit des Werkstoffes nach verschiedenen Wärmebehandlungen, um die optimale Glühtemperatur und -dauer herauszufinden.

So wird Stahl erst richtig hart

Bauteile müssen zumeist hart und fest sein, damit sie lange einsatzfähig bleiben. Ein ungehärtetes Messer aus Stahl beispielsweise würde viel zu schnell stumpf werden und man könnte nicht mehr gut damit schneiden. Die Festigkeit von vielen Metallen kann durch eine starke Umformung, zum Beispiel Rundkneten, erhöht werden. Bei einigen ist die Steigerung durch eine Wärmebehandlung aber noch deutlich größer. Um Bauteile aus vielen Stählen zu härten, müssen diese bei Temperaturen um 900°C eine gewisse Zeit geglüht und dann zum Beispiel in Öl sehr schnell abgekühlt, also abgeschreckt, werden. Das Metall wird dabei sehr spröde. Kühlt man langsamer ab, wird das Metall nicht so hart, dafür aber zäher. Um Mikrobauteile aus Stahl zu härten, haben wir einen speziellen 6,5 Meter hohen Fallrohrofen aufgebaut. In diesem erhitzen und glühen die Bauteile während des Fallens für einige Sekunden bei Temperaturen bis zu 1300°C und werden beim Herausfallen unten mit Wasser oder gasförmigem Stickstoff abgeschreckt.

 

 

 

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