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Schmiede-Grundlagen und Werkstatt – Zunder und Materialverlust verstehen

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Schmiede-Grundlagen und Werkstatt – Zunder und Materialverlust verstehen

Einleitung

Beim Schmieden reagiert die heiße Stahloberfläche mit Sauerstoff. Es entsteht Zunder: eine spröde Oxidschicht. Sie kann beim Umformen aufbrechen und abplatzen. Damit gehen Metall, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität verloren. Diesen oxidationsbedingten Materialverlust ordnet man dem Abbrand zu.

Zielgruppe: Ausbildung in Metalltechnik, Fertigungstechnik und verwandten Berufen.

Lernziel: Du erkennst Zunder, erklärst seine Entstehung, beurteilst seine Folgen für Oberfläche und Materialausnutzung und triffst begründete Prozessentscheidungen.

Medienrecht: Wikimedia Commons, Juhele, CC0/Public Domain.

Sicherheitsregel für den gesamten Kurs: Heiße Werkstoffe, offene Flammen, Funken, Zunderpartikel und Abgase können schwere Verletzungen, Brände oder Vergiftungen verursachen. Praktische Demonstrationen und Werkstattaufgaben erfolgen nur fachlich angeleitet, nach Gefährdungsbeurteilung und Betriebsanweisung. Keine unbeaufsichtigten Versuche, keine eigenmächtigen Änderungen an Brennern, Luftzufuhr, Gasversorgung oder Absaugung.

Lerneinheit 1: Werkstatt erkennen

Eine Schmiede benötigt einen sicheren Heizplatz, geeignete Werkzeuge, sichere Verkehrswege sowie eine wirksame Abführung von Verbrennungs- und Prozessgasen.

Medienrecht: Wikimedia Commons, Bellina 09, CC BY-SA 4.0.

Beobachtungsauftrag: Markiere im Bild gedanklich Feuerstelle, Arbeitsbereich, mögliche Funkenflugzone und Bereiche, die frei von brennbaren Materialien bleiben müssen.

Entscheidungsauftrag: Du riechst ungewöhnliche Abgase und die Absaugung wirkt schwach. Die richtige Entscheidung ist nicht „weiterarbeiten und beobachten“, sondern den Arbeitsprozess nach betrieblicher Regel sicher unterbrechen und die verantwortliche Fachkraft informieren.

Lerneinheit 2: Wie Zunder entsteht

Bei hoher Temperatur läuft die Oxidation von Eisen und Stahl deutlich schneller ab. Bei Eisen und vielen unlegierten Stählen können sich bei hohen Temperaturen charakteristische Eisenoxide bilden. Oberhalb etwa 570 °C wird für Eisen in oxidierender Atmosphäre häufig ein Schichtaufbau mit Wüstit nahe am Metall, Magnetit darüber und Hämatit außen beschrieben. Reale Stähle können je nach Legierung, Temperatur, Zeit und Atmosphäre davon abweichen.

Medienrecht: Wikimedia Commons, Joanna Kośmider, CC0/Public Domain. Zeichnung zur Gasoxidation von Stahl und zu Eisenoxiden in der Schicht.

Merksatz: Mehr wirksame Oxidationszeit bei hoher Temperatur bedeutet in der Regel mehr Gelegenheit für Zunderwachstum.

Lerneinheit 3: Oberfläche lesen

Zunder ist nicht nur „Schmutz“. Er ist ein Reaktionsprodukt aus Metall und Umgebung. Wird er beim Umformen zerbrochen oder in die Oberfläche gedrückt, können raue Stellen und Oberflächenfehler entstehen.

Medienrecht: Wikimedia Commons, Nutzdatenbegleiter, u. a. CC BY-SA 4.0. Das Bild zeigt ein Stahlrohr mit Walzhaut und blankgeschliffenem Bereich.

Beobachtungsauftrag: Vergleiche dunkle Oxidhaut und blanken Bereich. Beschreibe nur sichtbare Unterschiede: Farbe, Glanz, Struktur und Übergang.

Entscheidungsauftrag: Für eine funktionsrelevante Oberfläche reicht „sieht noch gut aus“ nicht. Prüfe nach Zeichnung, Prüfvorgabe und betrieblichem Qualitätsstandard, ob Nacharbeit oder Ausschussbewertung nötig ist.

Lerneinheit 4: Zunder wird zu Materialverlust

Wenn Eisen oxidiert, wird Metall aus dem Grundwerkstoff in Oxid überführt. Löst sich die Oxidschicht später ab, fehlt dieses Metall am Werkstück. Wiederholtes Aufheizen und unnötig lange Hochtemperaturzeiten können deshalb die Materialausnutzung verschlechtern.

Medienrecht: Wikimedia Commons, Robert Kerton/CSIRO, CC BY 3.0.

Wichtig: Materialverlust ist nicht nur ein Gewichtsproblem. Er kann auch Einfluss auf Maßreserve, Kanten, Oberfläche und Nacharbeitsbedarf haben.

Lerneinheit 5: Prozessvideo – Zunder beobachten

Quelle: Sounds of Changes. Das Video ist zusätzlich auf Wikimedia Commons als „Smithy- steel forging (2).webm“ dokumentiert; dort wurde die Creative-Commons-Freigabe des ursprünglichen YouTube-Videos geprüft. Commons weist CC BY 3.0 aus.

Beobachtungsauftrag: Achte nicht zuerst auf den Hammer. Beobachte die Werkstückoberfläche: Wo lösen sich dunkle Partikel? Wann verändert sich die Oberfläche sichtbar?

Entscheidungsauftrag: Welche Aussage ist fachlich besser begründet?

Zunder ist nur optisch störend.
Zunder zeigt eine Hochtemperatur-Oxidation an und kann mit Material- und Oberflächenverlust verbunden sein.

Begründetes Feedback: Aussage 2 ist richtig. Der Zunder besteht aus Oxiden des Werkstoffs. Wenn Oxid abplatzt, ist zuvor Metall in Oxid überführt worden.

Datei:Smithy- steel forging (2).webm Medienrecht: Wikimedia Commons, Attribution „Sounds of Changes“, CC BY 3.0.

Lerneinheit 6: Prozessvideo – wiederholtes Erwärmen beurteilen

Quelle: Artist-Blacksmith’s Association of North America, ABANAorg, „Forging Square Corners with Becky Schimpff: National Curriculum Level II“. Nutzung hier als eingebetteter YouTube-Stream; keine freie Nachnutzungslizenz dieses Videos wird behauptet.

Beobachtungsauftrag: Notiere bei jedem sichtbaren Heiz- und Umformabschnitt: Oberfläche vor dem Schlag, abplatzende Schicht, erneutes Erwärmen.

Entscheidungsauftrag: Im Ausbildungsbetrieb musst Du zwischen „noch im geeigneten Arbeitsfenster weiterformen“ und „erneut erwärmen“ entscheiden. Eine gute Entscheidung berücksichtigt gleichzeitig Umformbarkeit, Maßhaltigkeit, Oberflächenzustand, Betriebsanweisung und Oxidationszeit. Keine praktische Entscheidung ohne fachliche Freigabe der ausbildenden Person.

Lerneinheit 7: Planung spart Material

Quelle: ABANAorg, „How to Transfer Grille Drawing onto Steel to Forge …“. Nutzung als YouTube-Stream; keine freie Nachnutzungslizenz wird behauptet.

Beobachtungsauftrag: Welche Rolle spielen Zeichnung, Ausgangsmaß und planvolles Vorgehen, bevor überhaupt erwärmt wird?

Entscheidungsauftrag: Eine gute Materialausnutzung beginnt vor dem Feuer: passende Ausgangsabmessung, klare Arbeitsschritte und möglichst wenige unnötige Korrekturschleifen.

Lerneinheit 8: Ausbildungsfall

Fall „Zehn gleiche Laschen“: In der Lehrwerkstatt werden zehn gleiche Schmiedeteile aus demselben unlegierten Stahl gefertigt. Bei einem Teil wird der Arbeitsablauf mehrfach unterbrochen; das Werkstück wird häufiger erneut erwärmt und länger heiß gehalten. Nach dem Abkühlen und Reinigen zeigt dieses Teil stärkere Oberflächenveränderungen und eine geringere Masse als ein vergleichbares Referenzteil.

Dein Auftrag: Erkläre eine plausible Ursache-Wirkungs-Kette.

Musterkette: zusätzliche Hochtemperaturzeit → mehr Oxidation → mehr Zunder → Zunder löst sich beim Bearbeiten/Reinigen → Metallverlust und veränderte Oberfläche.

Medienrecht: Wikimedia Commons, NearEMPTiness, CC BY-SA 3.0. Aufnahme aus dem LVR-Industriemuseum Solingen.

Gestufte Hilfen zum Ausbildungsfall

Hilfe	Impuls
Stufe 1	Vergleiche nur die Zeit, in der die Werkstücke heiß und der Luft ausgesetzt waren.
Stufe 2	Verbinde die Begriffe Sauerstoff, Oxidation, Zunder und Abplatzen.
Stufe 3	Formuliere vier Pfeile: Prozessbedingung → chemische Reaktion → sichtbare Folge → Qualitäts-/Materialfolge.

Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben

Basis: Erkläre in zwei Sätzen den Unterschied zwischen Grundwerkstoff und Zunder.

<details> <summary>Begründetes Feedback</summary> Eine gute Antwort nennt Zunder als Oxidschicht, die aus einer Reaktion des Metalls mit Sauerstoff entsteht. Die Begründung ist wichtig, weil Zunder nicht bloß auf der Oberfläche „liegt“, sondern durch chemische Umwandlung von Werkstoff entsteht. </details>

Anwendung: Zwei Werkstücke bestehen aus demselben Stahl. A wird kürzer und gezielt erwärmt, B wird mehrfach unnötig nacherwärmt. Welches Werkstück hat unter sonst gleichen Bedingungen das größere Risiko für zusätzlichen Zunderverlust?

<details> <summary>Begründetes Feedback</summary> Werkstück B. Zusätzliche Hochtemperaturzeit schafft mehr Gelegenheit für Oxidation. Die genaue Zundermenge hängt jedoch auch von Temperatur, Atmosphäre, Stahl und Oberflächenzustand ab. </details>

Transfer: Eine Serie erfüllt das Maß, zeigt aber zunehmend raue Oberflächen. Entwickle drei Prüffragen, bevor Du eine Prozessänderung vorschlägst.

<details> <summary>Begründetes Feedback</summary> Geeignete Prüffragen betreffen zum Beispiel Heizzeit, Zahl der Wiedererwärmungen, Oberflächenzustand vor dem Fertigschmieden, Ofen-/Atmosphärenzustand und die Einhaltung der Betriebsanweisung. Eine eigenmächtige Brennereinstellung wäre keine zulässige „Optimierung“. </details>

Sicherheit: Heiße Werkstoffe, Feuer, Abgase, Brandgefahr

Gefahr	Sichere Grundentscheidung
Heiße Werkstücke	Nicht nach Farbe allein beurteilen. Heiße Teile kennzeichnen/ablegen wie betrieblich festgelegt und nur mit vorgesehenen Hilfsmitteln handhaben.
Zunder und Funken	Augen-/Gesichtsschutz und weitere PSA nach Gefährdungsbeurteilung verwenden; Abstand und sichere Arbeitsrichtung einhalten.
Offene Flamme	Brennbare Stoffe aus dem Gefahrenbereich fernhalten; betriebliche Brandschutzregeln und Freigaben beachten.
Abgase und Kohlenmonoxid	Wirksame Lüftung/Absaugung sicherstellen. Bei Störung nicht improvisieren, sondern Arbeit sicher unterbrechen und Verantwortliche informieren.
Gas-/Brennereinstellung	Keine eigenmächtigen Veränderungen durch Auszubildende; nur befugte, fachkundige Personen nach Betriebsanweisung.

Merke: Kohlenmonoxid ist farb- und geruchlos und kann lebensgefährlich sein. Eine Schmiedefeuerung oder ein Verbrennungsgerät gehört nicht in ungeeignete, schlecht belüftete Räume.

Praxisregel: Alle Demonstrationen mit heißem Metall, Feuer oder laufender Feuerung ausschließlich fachlich angeleitet. Keine unbeaufsichtigten Versuche.

Fachliche Quellen und Medienrechte

Bereich	Geprüfte Quelle	Verwendung im Kurs
Hochtemperatur-Oxidation	Garber: Structure of Scale on Plain Carbon Steels, Nature	Klassischer Dreischicht-Aufbau aus Hämatit, Magnetit und Wüstit.
Aktuelle Werkstoffforschung	High Temperature Corrosion of Materials: Scale Layer Structure, 2026	Einfluss von Temperatur, Haltezeit, Atmosphäre und Werkstoff auf Zunder.
Arbeitsschutz heiße Oberflächen	BAuA: Heiße Medien/Oberflächen	Gefährdung durch heiße Oberflächen und Schutzmaßnahmen.
Abgase	DGUV Regel 109-605: Branche Wärmebehandlung von Metallen	Sichere Abführung von belasteten Abgasen.
Schmiedeausbildung	ABANA: Controlled Hand Forging	Fachlicher Kontext für Schmiedetechnik, Sicherheit und Ausbildungsstruktur.
Begriff Abbrand	Wikipedia: Abbrand (Metallurgie)	Einordnung des metallischen Verlusts durch Verzundern.

Medienprüfung: Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien sind auf ihren Beschreibungsseiten mit CC0, CC BY oder CC BY-SA ausgewiesen. YouTube-Videos ohne bestätigte freie Lizenz werden nur eingebettet; es wird keine Erlaubnis zum Herunterladen, Bearbeiten oder Weiterveröffentlichen behauptet.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist Zunder beim Schmieden von Stahl? (Eine bei hoher Temperatur gebildete Oxidschicht) (!Ein Schmierstoff für den Amboss) (!Eine Legierung aus Stahl und Kupfer) (!Ein Kühlmittel für die Feuerstelle)

Warum kann Zunder zu Materialverlust führen? (Metall wird zu Oxid umgewandelt und kann später abplatzen) (!Der Stahl verdichtet sich vollständig ohne Reaktion) (!Der Amboss nimmt Metall chemisch auf) (!Das Werkstück wird allein durch Hämmern leichter)

Welche Oxidphase liegt im klassischen Hochtemperatur-Schichtmodell am nächsten zum Eisen? (Wüstit) (!Hämatit) (!Quarz) (!Aluminiumoxid)

Welche Prozessbedingung erhöht typischerweise die Gelegenheit für Zunderwachstum? (Längere Hochtemperaturzeit in oxidierender Atmosphäre) (!Kürzere Expositionszeit) (!Lagerung des kalten Werkstücks) (!Messen mit dem Messschieber)

Welche Oberflächenfolge kann Zunder beim Umformen verursachen? (Eingedrückte oder raue Oberflächenstellen) (!Automatisch polierte Oberflächen) (!Vollständig rostfreie Oberflächen) (!Eine garantierte Maßverbesserung)

Was bezeichnet Abbrand in der Metallurgie? (Materialverlust unter anderem durch Verzundern) (!Die Härteprüfung eines Werkstücks) (!Das Schärfen eines Hammers) (!Das Anlassen eines Werkzeugs)

Wie reagierst Du als Auszubildender auf eine gestörte Abgasabsaugung? (Arbeit nach betrieblicher Regel sicher unterbrechen und Fachkraft informieren) (!Die Feuerung stärker einstellen) (!Die Absaugung eigenmächtig umbauen) (!Unverändert weiterarbeiten)

Welche Aussage zu heißem Stahl ist sicherheitsrelevant? (Er kann gefährlich heiß sein auch wenn er nicht sichtbar glüht) (!Nur weißglühender Stahl kann verbrennen) (!Dunkler Stahl ist immer handwarm) (!Zunder kühlt das Werkstück sofort ab)

Warum können unnötige Wiedererwärmungen ungünstig sein? (Sie verlängern die mögliche Oxidationszeit) (!Sie verhindern jede Oxidation) (!Sie entfernen automatisch alle Oxide) (!Sie machen jede Oberfläche maßhaltiger)

Welche Maßnahme passt zur materialbewussten Prozessplanung? (Unnötige Heiz- und Wartezeiten nach Arbeitsvorgabe vermeiden) (!Brenner ohne Freigabe verstellen) (!Werkstücke unbeaufsichtigt in der Feuerung lassen) (!Oberflächenfehler grundsätzlich ignorieren)

Memory

Zunder	Oxidschicht
Wüstit	innere Oxidphase
Magnetit	mittlere Oxidphase
Hämatit	äußere Oxidphase
Abbrand	Materialverlust
Absaugung	Abgasführung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Zunder	Oxidation an heißer Stahloberfläche
Abbrand	Verlust an metallischem Werkstoff
Haltezeit	Einflussgröße auf Schichtwachstum
Absaugung	Schutzmaßnahme gegen belastete Abgase
Werkstückkennzeichnung	Schutz vor unbeabsichtigtem Berühren heißer Teile

Kreuzworträtsel

Zunder	Wie heißt die Oxidschicht, die sich beim heißen Schmieden bilden kann?
Wüstit	Welche Eisenoxidphase liegt im klassischen Hochtemperaturmodell nahe am Metall?
Magnetit	Welche Eisenoxidphase liegt im klassischen Modell zwischen Wüstit und Hämatit?
Hämatit	Welche Eisenoxidphase bildet im klassischen Modell die äußere Schicht?
Abbrand	Wie heißt der metallische Materialverlust unter anderem durch Verzundern?
Absaugung	Welche technische Einrichtung führt belastete Prozessgase aus dem Arbeitsbereich ab?

LearningApps

Lückentext

Beim Erwärmen von Stahl in sauerstoffhaltiger Umgebung kann sich

bilden. Die zugrunde liegende chemische Reaktion heißt

. Im klassischen Hochtemperaturmodell liegt

nahe am Grundwerkstoff. Darüber kann sich

befinden. Die äußere Oxidphase wird häufig als

beschrieben. Längere Hochtemperaturzeiten können das Wachstum der

fördern. Abplatzender Zunder steht mit metallischem

in Verbindung. Eine verschlechterte Oberfläche kann zusätzlichen

verursachen. Belastete Prozessgase müssen durch geeignete

sicher abgeführt werden. Praktische Arbeiten mit Feuer und heißem Metall erfolgen nur unter fachlicher

.

Offene Aufgaben

Leicht

Zunder erkennen: Erstelle zu den Bildern des Kurses eine Bildkarte mit drei sichtbaren Merkmalen von oxidierter und blanker Stahloberfläche.
Begriffe ordnen: Zeichne eine einfache Skizze mit Grundwerkstoff, Wüstit, Magnetit und Hämatit und beschrifte die Schichten.
Sicherheitscheck: Formuliere fünf Prüffragen zu heißem Werkstoff, Funken, Feuer, Abgasen und Brandlasten.
Ausbildungsfall erklären: Schreibe die Ursache-Wirkungs-Kette des Falls „Zehn gleiche Laschen“ in vier kurzen Sätzen.

Standard

Videoanalyse: Analysiere das frei lizenzierte Schmiedevideo. Notiere drei Zeitpunkte, an denen sich Zunder oder Oberflächenveränderungen erkennen lassen.
Prozessvergleich: Vergleiche zwei hypothetische Arbeitsabläufe mit unterschiedlicher Zahl von Wiedererwärmungen. Begründe, welcher Ablauf weniger Oxidationszeit erwarten lässt.
Qualitätskarte: Entwickle eine Prüfkarte für ein Schmiedeteil mit den Feldern Oberfläche, Maß, Zunderreste, Nacharbeit und Freigabe.
Unterweisung gestalten: Entwirf ein einseitiges Sicherheitsplakat „Heiß bleibt heiß – Feuer, Zunder und Abgase“. Nutze nur betriebliche oder frei lizenzierte Medien.

Schwer

Quellenvergleich: Vergleiche eine wissenschaftliche Quelle zur Hochtemperatur-Oxidation mit dem Wikipedia-Artikel zu Abbrand. Kennzeichne Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
Prozessdiagnose: Entwickle für den Ausbildungsfall einen Entscheidungsbaum, der zwischen Ursachen wie unnötiger Haltezeit, Wiedererwärmung, Oberflächenzustand und Prozessabweichung unterscheidet.
Messkonzept: Plane mit der ausbildenden Fachkraft eine sichere Demonstration, bei der abgekühlte Vergleichsproben vor und nach einem festgelegten, fachlich überwachten Wärmeprozess gewogen und fotografiert werden. Keine Durchführung ohne Freigabe.
Transferprojekt: Entwickle eine kurze Unterweisung für neue Auszubildende, die erklärt, warum Materialeffizienz, Oberfläche, Arbeitsschutz und Prozessdisziplin beim Schmieden zusammengehören.

Lernkontrolle

Ursache und Wirkung: Ein Werkstück wird dreimal häufiger nacherwärmt als ein Vergleichsteil. Erkläre, welche Folgen Du für Oxidation, Zunder und Materialausnutzung erwartest und welche Unsicherheiten bleiben.
Fehlerbild beurteilen: Eine geschmiedete Serie zeigt dunkle, raue Einschlüsse an der Oberfläche. Entwickle eine Prüfreihenfolge, bevor Du eine Ursache festlegst.
Prozessentscheidung: Begründe, warum „Brenner anders einstellen“ für Auszubildende keine zulässige spontane Optimierung gegen Zunder ist.
Sicherheit transferieren: Übertrage die Gefährdungen aus der Schmiede auf eine andere Heißarbeitsumgebung und benenne Gemeinsamkeiten sowie Unterschiede.
Materialeffizienz: Erkläre, warum weniger unnötige Hochtemperaturzeit sowohl Qualitäts- als auch Ressourcenvorteile haben kann.
Medienkritik: Prüfe ein beliebiges Schmiedevideo darauf, ob es fachlich nachvollziehbare Sicherheitsmaßnahmen zeigt. Trenne Beobachtung, Vermutung und belegte Aussage.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Zunder als Produkt der Hochtemperatur-Oxidation erklären kannst.
den typischen Schichtaufbau mit Wüstit, Magnetit und Hämatit einordnen kannst, ohne ihn unkritisch auf jeden Stahl zu übertragen.
den Zusammenhang zwischen Heizzeit, Atmosphäre, Oxidation, Oberflächenzustand und Materialverlust begründet beschreiben kannst.
einen Ausbildungsfall mit Ursache-Wirkungs-Kette analysieren kannst.
Prozessentscheidungen von gefährlichen oder unzulässigen Eingriffen unterscheiden kannst.
Gefährdungen durch heiße Werkstoffe, Feuer, Funken, Abgase und Brandlasten erkennst.
begründen kannst, warum praktische Schmiedeversuche nur fachlich angeleitet stattfinden dürfen.
Quellen und Medien nach fachlicher Qualität und Nutzungsrechten unterscheiden kannst.