Erfordern Edelstahlstempelteile während oder nach dem Stempelprozess eine Wärmebehandlung?

Edelstahl ist ein Eckpfeiler der modernen Fertigung und wird für seine Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und sein elegantes Aussehen geschätzt. Wenn es darum geht, dieses vielseitige Material in präzise Formen zu bringen, ist das Stanzen ein äußerst effizienter und gängiger Prozess. Eine häufig gestellte Frage für Ingenieure, Konstrukteure und Beschaffungsspezialisten ist, ob Stanzteile aus rostfreiem Stahl einer Wärmebehandlung bedürfen. Die Antwort ist, wie bei vielen anderen im Ingenieurwesen, kein einfaches Ja oder Nein. Dies hängt vollständig von der beabsichtigten Funktion des Teils, der spezifischen Edelstahlsorte und den Herstellungsherausforderungen beim Stanzen ab.

Das Verständnis der Rolle der Wärmebehandlung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass ein gestanztes Bauteil in seiner endgültigen Anwendung die erwartete Leistung erbringt. Lassen Sie uns die Gründe untersuchen, warum eine Wärmebehandlung erforderlich sein könnte, die verschiedenen verwendeten Arten und die Szenarien, in denen sie sicher weggelassen werden kann.

Das „Warum“ verstehen: Die Ziele der Wärmebehandlung

Bei der Wärmebehandlung handelt es sich um einen kontrollierten Prozess, bei dem Metalle erhitzt und abgekühlt werden, um ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu verändern, ohne die Form des Produkts zu verändern. Bei gestanzten Edelstahlteilen sind die Hauptziele:

1. Stressabbau (Glühen): Zum Entfernen innerer Spannungen, die durch den Stanzvorgang entstehen.
2. Erweichen (Glühen): Zur Wiederherstellung der Duktilität und Verbesserung der Formbarkeit für nachfolgende Fertigungsschritte.
3. Härten: Zur Erhöhung der Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Festigkeit des Teils.
4. Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit: Zur Wiederherstellung der schützenden Passivschicht des Materials, die bei Verformung beeinträchtigt werden kann.

Ob Sie eines dieser Ziele erreichen müssen, bestimmt, ob und welche Art der Wärmebehandlung erforderlich ist.

Die Auswirkung des Stanzprozesses: Kaltverfestigung

Um die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung zu verstehen, muss man zunächst eine Schlüsseleigenschaft von Edelstahl verstehen: Kaltverfestigung . Wenn Edelstahl beim Stanzen verformt, gestanzt oder gebogen wird, verzerrt sich seine Kristallstruktur. Durch diese Verformung wird das Material härter, fester, aber auch deutlich spröder und weniger duktil.

Das ist ein zweischneidiges Schwert. Für einige Anwendungen ist eine etwas höhere Festigkeit durch Kaltverfestigung von Vorteil. Bei komplexen Stanzvorgängen mit Tiefzügen oder starken Biegungen kann eine übermäßige Kaltverfestigung jedoch zu Rissen, Rissen oder einem vorzeitigen Werkzeugausfall führen. Genau dieses Phänomen ist häufig der Grund für die Notwendigkeit einer Zwischen- oder Endwärmebehandlung.

Wenn eine Wärmebehandlung erforderlich ist

In den folgenden Szenarien wird die Wärmebehandlung zu einem kritischen Schritt im Herstellungsprozess:

1. Zwischen den Stanzstufen (Prozessglühen)
Insbesondere bei mehrstufigen Stanzvorgängen Tiefziehen Möglicherweise muss ein Teil zwischen den Schritten geglüht werden. Wenn das Metall in einen tiefen Hohlraum gezogen wird, verfestigt es sich bis zu dem Punkt, an dem eine weitere Verformung zu Rissen führen würde. Durch eine Prozessglühung – das Erhitzen des Teils auf eine bestimmte Temperatur und das anschließende Abkühlen – wird das Material weicher, indem seine Kornstruktur rekristallisiert, seine Duktilität wiederhergestellt wird und die erfolgreiche Durchführung des nächsten Ziehvorgangs ermöglicht wird.

2. Zur Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit
Die Verformung durch das Stanzen kann die gleichmäßige Chromoxidschicht auf der Oberfläche von Edelstahl zerstören, die für seine „rostfreie“ Eigenschaft verantwortlich ist. Während sich die Passivschicht in Gegenwart von Sauerstoff häufig neu bilden kann, kann bei Teilen, die in stark korrosiven Umgebungen (z. B. im Meer oder bei der chemischen Verarbeitung) verwendet werden, eine Neubildung erforderlich sein Glühen nach dem Stanzen, gefolgt von Beizen und Passivieren . Durch diesen Prozess wird die optimale Chromoxidschicht wiederhergestellt und somit eine maximale Korrosionsbeständigkeit gewährleistet.

3. Um bestimmte mechanische Eigenschaften zu erreichen (Härtung)
Dies gilt fast ausschließlich für martensitische Edelstähle (z. B. Sorten 410, 420, 440C). Im Gegensatz zu den gebräuchlicheren austenitischen Güten (304, 316) können martensitische Stähle durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Der Prozess umfasst typischerweise:

• Austenitisieren: Erhitzen des Stanzteils auf eine hohe Temperatur.
• Abschrecken: Durch schnelles Abkühlen in Öl oder Luft entsteht eine harte, spröde martensitische Struktur.
• Temperierung: Erneutes Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur, um die Sprödigkeit zu verringern und das gewünschte Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erreichen.

Dies ist wichtig für Teile wie Besteckklingen, chirurgische Instrumente und Lagerkomponenten, bei denen hohe Härte und Verschleißfestigkeit zwingend erforderlich sind.

4. Um Eigenspannungen für Dimensionsstabilität zu entlasten
Selbst wenn ein Teil beim Stanzen nicht reißt, können die im Material eingeschlossenen Restspannungen dazu führen, dass es sich im Laufe der Zeit oder bei nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen verzieht oder seine Form leicht verändert. A Spannungsarmglühen Bei einer niedrigeren Temperatur als bei einer vollständigen Glühung kann das Teil stabilisiert und sichergestellt werden, dass es seine präzisen Abmessungen beibehält. Dies ist entscheidend für Komponenten, die in Baugruppen mit engen Toleranzen verwendet werden.

Wenn auf eine Wärmebehandlung verzichtet werden kann

Durch die Wärmebehandlung erhöht sich der Kosten-, Zeit- und Energieverbrauch des Herstellungsprozesses. Daher wird es nach Möglichkeit vermieden. Es ist oft unnötig für:

• Einfache, belastungsarme Teile: Komponenten, die mit einfachen Biegungen oder flachen Zügen hergestellt werden, die das Material nicht wesentlich verfestigen.
• Unkritische kosmetische Teile: Wo mechanische Eigenschaften und maximale Korrosionsbeständigkeit nicht im Vordergrund stehen (z. B. einige Zierleisten oder Abdeckungen).
• Teile, bei denen Kaltverfestigung von Vorteil ist: In einigen Fällen ist die erhöhte Festigkeit durch den Stanzvorgang selbst ein Konstruktionsmerkmal und reicht für die Funktion des Teils aus.

Gängige Arten der Wärmebehandlung für Stanzteile

• Vollglühen: Erhitzt das Metall auf eine hohe Temperatur und kühlt es langsam ab, um eine weiche, duktile Mikrostruktur zu erzeugen. Wird für die Wiederherstellung schwerer Kaltverfestigungen verwendet.
• Prozessglühen (Zwischenglühen): Wird bei einer niedrigeren Temperatur als beim Vollglühen durchgeführt, insbesondere um das Metall zwischen den Umformstufen weicher zu machen.
• Stressabbauend: Erhitzt das Teil auf eine Temperatur unterhalb seiner unteren kritischen Temperatur, um innere Spannungen zu reduzieren, ohne die Mikrostruktur wesentlich zu verändern.
• Lösungsglühen und Abschrecken: Vor allem bei austenitischen Edelstählen geht es darum, Karbide auf eine hohe Temperatur aufzulösen und anschließend schnell abzuschrecken, um deren Neubildung zu verhindern und so die optimale Korrosionsbeständigkeit und Duktilität wiederherzustellen.
• Wärmebehandlung und Anlassen: Der spezifische Härtungsprozess für martensitische Edelstähle, wie oben beschrieben.

Fazit: Eine strategische Entscheidung, kein Standard

Also, tun Sie es Stanzteile aus Edelstahl eine Wärmebehandlung erfordern? Die Anforderung ergibt sich nicht aus dem Prägeprozess selbst, sondern ist eine strategische Entscheidung, die auf dem Zusammenspiel von drei Faktoren basiert:

1. Die Materialqualität: Handelt es sich um eine austenitische Sorte, die kaltverfestigt wird, oder um eine martensitische Sorte, die vergütet werden kann?
2. Die Funktion des Teils: Erfordert es maximale Festigkeit, Duktilität, Härte oder Korrosionsbeständigkeit?
3. Der Herstellungsprozess: Wie stark ist die Verformung? Handelt es sich um mehrere Deep Draws?

Durch sorgfältige Bewertung der Anwendung und des Herstellungsprozesses des Teils können Ingenieure eine fundierte Entscheidung darüber treffen, ob eine Wärmebehandlung durchgeführt werden soll, um sicherzustellen, dass das endgültige gestanzte Bauteil seine Leistungs- und Langlebigkeitsziele erreicht, ohne unnötige Kosten zu verursachen.