Metallbearbeitungsfehler – worauf Sie achten sollten.

01 Überhitzung und Verbrennung

Wenn Metall während der Verarbeitung zu stark erhitzt oder zu lange auf Temperatur gehalten wird, vergröbert sich die Kornstruktur – das ist Überhitzung. Wenn man sich dem Schmelzpunkt nähert oder die Temperatur deutlich überschreitet, können niedrig schmelzende Bestandteile an den Korngrenzen tatsächlich aufschmelzen und das Gefüge schwächen; das ist Verbrennung (Übergaren).

Überhitzung zeigt sich als raue, narbige Oberfläche, Apfelsinenhaut-Struktur und grobe Körner. Die Legierungsfestigkeit nimmt nicht stark ab, aber die Raumtemperatur-Kerbschlagzähigkeit und Duktilität werden erheblich beeinträchtigt. Das Material wird spröde, und Brüche zeigen grobe kristalline Facetten. Unter starker Vergrößerung sieht man grobe gleichachsige Körner, möglicherweise eine grobe Sekundärphase oder Widmannstätten-Struktur. Überhitzung ist nicht unbedingt ein Ausschusskriterium – manchmal kann man es durch Umformung oder Nachbearbeitung retten oder für weniger anspruchsvolle Anwendungen herabstufen.

Verbrennung ist schlimmer: Die Oberfläche wird rau, Korngrenzen vergröbern, strecken sich und wirken haarig, und man kann Risse sowie einen oxidischen Film sehen, der zum Aufschmelzen neigt. Die Bindungsfestigkeit nimmt stark ab. Im Gefüge findet man grobe Korngrenzen, aufgeschmolzene Hohlräume oder eutektische Kugeln, ein Flüssigphasennetzwerk und unregelmäßige Poren an Tripelpunkten. Nach dem Walzen oder Strangpressen sind Korngrenzenrisse, Kantenrisse am Blech, Aufblühungen oder offene Risse an Stangenenden oder auseinanderbrechende Teile zu erwarten – die Bruchflächen zeigen grobe Dendriten und Schmelzspuren.

Die üblichen Ursachen: zu hohe Erwärmungstemperatur, zu lange Haltezeit oder zu langes Verweilen in der Nähe einer Hochtemperaturquelle. Auch das Beenden der Warmumformung bei zu hoher Temperatur oder ein zu langes Verweilen in der Warmzone. Und wenn die Legierung niedrig schmelzende Elemente oder übermäßige niedrig schmelzende Einschlüsse enthält, sind Probleme vorprogrammiert.

02 Risse und Rissbildung

(1) Verarbeitungsrisse: Diese entstehen durch falsche Prozessparameter oder Werkzeugfehler. Sie werden in Heißrisse und Kaltrisse unterteilt – der Unterschied liegt im umgebenden Gefüge: Heißrisse zeigen keine offensichtliche Veränderung, Kaltrisse zeigen starke Verformung. Morphologisch sieht man Längs-, Quer-, Kanten-, Mund-, Spiral-, periodische Quer-, Bruch-, 45°-Diagonal- und unregelmäßige Risse. Nach Lage: lokal, Kopf, Oberfläche, Zentrum und intergranular.

Zur Diagnose von Verarbeitungsrissen müssen sowohl das Metall selbst als auch die Prozessbedingungen untersucht werden.

Metallseitige Faktoren: Legierungszusammensetzung und Verunreinigungsgrad; Barrenfehler wie Kaltläufe, Narben und Ausschwitzungen an der Oberfläche sowie Lunker, Porosität, Einschlüsse und Seigerungen im Inneren – diese machen eine Rissbildung während der Verarbeitung wahrscheinlich. Eine stark ausgeprägte Kolumnarstruktur mit schwacher Oberfläche neigt zu Rissen entlang der Korngrenzen oder der Schwachstelle. Auch wenn die Legierung in früheren Schritten Risse, Verbrennung, Überhitzung oder eine schlechte Verteilung der Sekundärphase aufgenommen hat – oder ein ungleichmäßiges Gefüge oder Mikrorisse aus der Phasenumwandlung aufweist – ist ein Versagen vorprogrammiert.

(2) Wärmebehandlungsrisse

① Wenn die Legierung hohe Eigenspannungen aufweist und die Wärmespannung aus der Erwärmung mit ihnen zusammenwirkt, kann die kombinierte Belastung die Festigkeit des Metalls überschreiten und Risse verursachen.

② Während des Erwärmens kann eine Ausscheidung einer Sekundärphase entlang der Korngrenzen zusätzliche Spannungen erzeugen – oder die Phasenumwandlung selbst kann deutliche

03 Einschlüsse

Einschlüsse sind fremde metallische oder nichtmetallische Materialien, die in der Produktoberfläche oder in der Matrix eingebettet sind, mit einer klaren Grenzfläche und anderen Eigenschaften als das Grundmetall.

In verarbeiteten Produkten stammen Einschlüsse typischerweise aus unaufgeschmolzenen Metallpartikeln im Barren, großen Primärkristallen oder fremdem Metall, das eingemischt wurde – oder aus Metallverbindungen, Silikaten und Abdeckmitteln.

Klassifizierung und Merkmale sind im Wesentlichen dieselben wie bei Gussprodukten. In umgeformten Produkten sind Einschlüsse meist körnig, entlang der Verarbeitungsrichtung gestreckt, mit deutlicher Form und Farbe und einer klaren Grenzfläche. Sie sind unter einem metallurgischen Mikroskop ohne Ätzen erkennbar.

04 Fremdstoffeindrücke

Wenn Metall- oder Nichtmetallpartikel in die Produktoberfläche eingepresst werden, spricht man von Fremdstoffeindrücken.

Metallische Eindrücke haben eine klare Grenzfläche zum Substrat, scharfe Konturen und einen anderen metallischen Glanz. Sie erscheinen als Punkte oder Blöcke, und wenn sie abplatzen, hinterlassen sie Grübchen. Nichtmetallische Eindrücke variieren in Form und Farbe, sind spröder, haben keinen metallischen Glanz und verteilen sich als Punkte, Blätter oder Streifen entlang der Verarbeitungsrichtung – sie lassen sich schwer abplatzen.

Woher kommt das Fremdmaterial? Zunder aus der Erwärmung, Schmiermittel, das an Werkzeugen und Teilen haftet, Werkzeugbruchstücke und anhaftendes Material, Metallspäne, Grate und Fransen von angerissenen Kanten, Ofenrückstände und Öl, Verunreinigungen in der Kühlemulsion sowie Fremdmaterial im Walzspalt oder an Führungsplatten.

05 Blasenbildung

Nach der Verarbeitung oder dem Glühen zeigt die Oberfläche streifenförmige oder blasenartige Ausbuchtungen entlang der Verarbeitungsrichtung. Beim Aufschneiden zeigen diese Ausbuchtungen einen Hohlraum, was als Blasenbildung bezeichnet wird.

Blasen erscheinen typischerweise als glatte, längliche Streifen entlang der Verarbeitungsrichtung. Im Querschnitt zeigen die Innenwände eine helle metallische Farbe, manchmal mit Oxiden oder anderen Einschlüssen. Sie sind oft symmetrisch auf beiden Seiten verteilt und bei dünneren Blechen, Bändern oder dünnwandigen Rohren stärker ausgeprägt. Hauptursachen sind Barrenporosität, Lunker, unsachgemäße Ofenatmosphärenkontrolle beim Knüppelglühen, zu hohe Ofentemperatur, schlechte Passung zwischen Strangpressknüppel und Behälter oder Scheibe, übermäßige Schmierung der Lochdornspitze, unzureichende Behälterreinigung oder gerissene Lochdorne.

06 Schichtbildung (Delamination)

Ein Spalt erscheint in Dickenrichtung des Produkts, der sich entlang der Verarbeitungsrichtung in Schichten trennt.

Die Bindung zwischen den Schichten ist unvollständig, wobei größere Bereiche manchmal Oxide oder zentrale Verunreinigungen enthalten. Dies wird häufig bei dünnen Bändern oder nach dem Schweißen dünner Bänder beobachtet. Die Bruchprüfung von Rohren oder Stangen kann ebenfalls eine Delamination in der Bruchfläche aufzeigen.

Die Hauptursachen für Delamination sind: eingeschlossene Luftlöcher, Lunker oder zentrale Verunreinigungen im Barren, die durch die Verarbeitung bestehen bleiben und Schichten bilden; unsachgemäße Verteilung der Abnahme beim Warmwalzen von Blech und Band mit übermäßiger Abnahme pro Stich; ungleichmäßige Erwärmung des Knüppels mit zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen; übermäßige Schmierung des Strangpressknüppels oder der Lochdornspitze, gerissene Lochdorne oder unvollständige Entfernung des Strangpressrestes, was zu Delamination beim anschließenden Ziehen oder Walzen führt.

07 Korrosion

Korrosion ist der Prozess, bei dem die Produktoberfläche chemisch oder elektrochemisch mit dem umgebenden Medium reagiert und einen Film auf der Oberfläche bildet.

Nach der Korrosion verliert die Oberfläche ihren metallischen Glanz und entwickelt Korrosionsflecken in verschiedenen Farben.

Korrosion entsteht, wenn die Produktoberfläche nicht sauber ist, Restwasser, Emulsion oder andere Flüssigkeiten zurückbleiben, oder wenn die Lagerbedingungen ungeeignet sind – wie feuchtes Klima oder Wassertropfen, die die Oberfläche berühren. Zusätzlich kann eine korrosive Atmosphäre in der Umgebung Korrosion auslösen.

08 Oxidation

Lokale Ablösung und Aufwerfung der Produktoberfläche wird als Superhaut bezeichnet. Das Auftreten von nadelartigen Metallfäden, die sich auf der Oberfläche verformen, ist als Startsystem bekannt.

Superhaut oder Startsystem verteilt sich typischerweise kontinuierlich oder intermittierend entlang der Walzrichtung. Betroffene Bereiche enthalten oft Zunder oder andere zentrale Verunreinigungen. Bei Rohren und Stangen erscheint Superhaut als zungen- oder fischschuppenartige Aufwerfung entlang der Verarbeitungsrichtung, die sich über das gesamte Produkt ausbreiten und Knoten und Wunden bilden kann. Stachelige Defekte treten häufiger bei nachgewalzten Produkten auf.

Die Hauptursachen für Superhaut sind: Oberflächendefekte wie Risse oder Unebenheiten am Knüppel; zu hohe Verarbeitungstemperaturen, die Oberflächenoxidation verursachen, oder Leistungsfallen aus vorherigen Prozessschritten; Kontamination durch Emulsion, Wasser oder Öl am Strangpressbehälter oder der Durchstoßnadel; sowie Werkzeugdefekte oder mechanische Beschädigungen während der Verarbeitung.

Die Hauptursachen für Startsystem sind: Walzenrisse und ungleichmäßige Knüppelkanten mit unregelmäßigen Vertiefungen.

09 Falten

Falten sind leichte wellenförmige Vertiefungen und Erhebungen auf der Produktoberfläche, die sie uneben machen.

Falten richten sich im Allgemeinen nach der Walzrichtung oder erscheinen diagonal, als einzelne oder mehrere Ausbuchtungen, die sich rund anfühlen und eine größere Fläche abdecken. Hauptursachen sind ungleichmäßiges Walzen, einseitige Biegerichtung, ungleichmäßige Spannung von Walzen oder Hülsen, schlechte Plastizität oder erhebliche Exzentrizität in Rohrknüppeln, ungleichmäßige Verformung bei dickwandigen Rohren, übermäßige Verformung und schlechte Walzeneinstellung.

10 Narbige Oberfläche

Eine narbige Oberfläche zeigt winzige punktförmige Vertiefungen, die eine unebene, raue Textur erzeugen. Narbenbildung kann lokal oder kontinuierlich sein; einzelne Narben werden als Grübchen bezeichnet, und schwere Fälle als narbig. Durch grobe Körnung verursachte Narbenbildung ist allgemein als Apfelsinenhaut bekannt. Hauptursachen: zu hohe Glühtemperatur oder zu lange Dauer, die zu grober Körnung führen; übermäßiges Beizen; unzureichende Verarbeitungsrate, die die Oberfläche rau lässt; ungleichmäßige Härte der Walzenoberfläche, übermäßiger Verschleiß, Korrosion oder Oxidation der Walzwerkzeuge oder Kontamination durch Fremdmetall.

11 Mechanische Beschädigung

Äußere Kräfte verursachen eine Verschiebung zwischen Schichten des Produkts oder von Blech und Folie, was zu Narben wie Streifen, Bündeln, Kratern oder scharfen Rillen auf der Oberfläche führt. Häufige Arten sind Abrieb, Kratzer, Quetschungen und Druckstellen.

13 Ungleichmäßige Zusammensetzung, Ungleichmäßiges Gefüge

Nach dem Walzen oder Glühen werden erhebliche Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung über verschiedene Teile des Produkts als ungleichmäßige Zusammensetzung bezeichnet. Dies kann zu Unterschieden in Farbe oder Verformungseigenschaften führen, sichtbare Seigerungen oder Seigerungszonen in der Makroprüfung, Unterschiede in Mikrostruktur und Leistung und sogar zu Rissen führen.