Dieses Quiz als Battle spielen: Physik, Klasse 5-6, M-Niveau

Werkstücke für das Treiben weich glühen - Schmied

Einleitung

Beim Treiben formst Du Bleche mit Treibhammer, Punzen, Stöckeln und geeigneten Unterlagen zu Reliefs, Schalen oder anderen Hohlkörpern. Die Umformung erfolgt überwiegend kalt. Mit jedem Hammerschlag steigt die Versetzungsdichte im Metall: Das Werkstück wird härter und fester, zugleich sinkt seine weitere Verformbarkeit. Diese Kaltverfestigung kann zu Falten, Kantenrissen oder einem spröden Bruch führen.

Durch ein werkstoffgerecht ausgeführtes Weichglühen wird die Verformbarkeit wiederhergestellt. Bei Kupfer und vielen Kupferlegierungen ist damit fachlich meist ein Rekristallationsglühen gemeint. Bei Stahl kann Weichglühen dagegen das Glühen auf kugeligen Zementit bezeichnen. Du musst deshalb zuerst den Werkstoff eindeutig bestimmen und danach Temperatur, Haltezeit, Atmosphäre und Abkühlung festlegen. Eine einzige Glühfarbe oder Temperatur für alle Metalle gibt es nicht.

Das Thema gehört ausdrücklich zur Ausbildung in der Fachrichtung Metallgestaltung: Der Ausbildungsrahmenplan verbindet das Herstellen von Flächen und Körpern durch Treiben mit dem Weichglühen der Werkstücke.^[1]

Lernziele

Nach diesem Lernkurs kannst Du den Zustand eines getriebenen Werkstücks beurteilen, die Notwendigkeit einer Zwischenglühung begründen, ein geeignetes Wärmebehandlungsverfahren auswählen und den Arbeitsablauf sicher planen. Du unterscheidest insbesondere zwischen dem Rekristallisationsglühen von Kupferwerkstoffen und dem Weichglühen von Stahl. Außerdem erkennst Du typische Glühfehler und dokumentierst einen Temperatur-Zeit-Verlauf fachgerecht.

Fachliche Grundlagen

Treiben als Kaltumformung

Treiben ist ein Freiformverfahren. Je nach Aufgabe arbeitest Du auf einem Treibstock, einer Anke, einem Sandsack oder in Treibkitt. Beim Auftiefen entsteht die Form durch Strecken und Verdrängen des Blechs; beim Aufziehen wird der Umfang schrittweise gestaucht. Schläge müssen kontrolliert, überlappend und dem Materialfluss angepasst sein. Ein blanker, leicht gerundeter Hammer verhindert unnötige Kerben.

Typische Anzeichen zunehmender Kaltverfestigung sind ein härterer Klang, stärkeres Rückfedern, ein höherer Kraftbedarf und beginnende Rissbildung an stark gedehnten Zonen. Spätestens vor sichtbaren Anrissen ist eine Zwischenglühung einzuplanen.

Das Ziselieren auf der Abbildung ist eine verwandte Oberflächentechnik. Beim eigentlichen Treiben wird die räumliche Form des Blechs stärker verändert; beide Verfahren verlangen saubere, verrundete Werkzeuge und eine kontrollierte Schlagführung.

Was im Gefüge geschieht

Bei der Kaltumformung werden Versetzungen erzeugt und gegeneinander behindert. Dadurch steigen Härte und Festigkeit, während Bruchdehnung und Umformvermögen abnehmen. Beim Erwärmen laufen zunächst Erholungsvorgänge ab. Im Rekristallisationsbereich entstehen neue, weitgehend unverformte Kristallkörner. Die Härte sinkt und das Blech lässt sich erneut treiben.

Zu hohe Temperatur oder zu lange Haltezeit können nach der Rekristallisation ein unerwünschtes Kornwachstum auslösen. Grobkorn verschlechtert häufig die Oberflächenqualität und kann die Zähigkeit vermindern. Deshalb gilt: so hoch und so lange wie erforderlich, aber nicht höher und länger als zulässig.

Fachlich wichtige Unterscheidung

Werkstoffgruppe	Typischer Zweck	Gefügevorgang	Abkühlung
Kupfer und viele Kupferlegierungen	Kaltverfestigung zwischen Treibstufen abbauen	Erholung und Rekristallisation	Nach Werkstoff- und Arbeitsanweisung; schnelles Abkühlen erzeugt bei nicht aushärtbaren Kupferwerkstoffen keine Stahlhärtung
Kaltverformtes niedriggekohltes Stahlblech	Umformvermögen nach starker Kaltverformung wiederherstellen	Rekristallisation unterhalb der Austenitbildung	In der Regel kontrolliert; konkrete Vorgabe aus Werkstoffdatenblatt beachten
Mittel- und hochgekohlter Stahl	Härte senken und Bearbeitbarkeit verbessern	Lamellarer Zementit wird in eine kugelige Form überführt	Langsame Ofenabkühlung ist ein wesentlicher Teil des Verfahrens

Beim Stahl zeigt das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, warum Umwandlungstemperaturen und Kohlenstoffgehalt beachtet werden müssen. Für das Treiben von Kupferblech ist dieses Diagramm dagegen nicht die Grundlage der Temperaturwahl.

Das Gefügebild zeigt Ferrit und Perlit. Beim klassischen Weichglühen kohlenstoffreicher Stähle wird die Form des Zementits gezielt verändert. Dieser Vorgang darf nicht mit dem bloßen Zwischenglühen eines getriebenen Kupferblechs verwechselt werden.

Werkstoffwahl und Glühtemperatur

Die Temperatur wird aus Werkstoffkurzzeichen, Lieferzustand, Blechdicke, Umformgrad, Ofenart und Herstellerangaben abgeleitet. Die folgenden Werte sind Anhaltsbereiche, keine universellen Arbeitsanweisungen. Der Kupferverband nennt für nicht aushärtbare Kupferwerkstoffe unter anderem folgende Bereiche:^[2]

Werkstoffgruppe	Anhaltsbereich für das Weichglühen	Hinweis
Kupfer und silberlegiertes Kupfer	etwa 400 bis 500 °C	Sauerstoffhaltige Kupfersorten können in reduzierender Atmosphäre wasserstoffkrank werden
Messing	etwa 450 bis 600 °C	Legierungszusammensetzung und Obergrenze genau beachten
Knetbronze	etwa 475 bis 675 °C	Einige Zinnbronzen sind beim Glühen rissanfällig
Neusilber	etwa 580 bis 650 °C	Gleichmäßig erwärmen und Datenblatt prüfen

Für Stahl werden beim Weichglühen häufig Bereiche um 650 bis 750 °C genannt. Die konkrete Führung hängt jedoch stark von Kohlenstoffgehalt, Legierung und Ausgangsgefüge ab. Bei einem getriebenen Stahlblech kann stattdessen ein Rekristallisationsglühen unterhalb der Umwandlungstemperatur erforderlich sein. Verwende deshalb niemals pauschal die Temperatur eines anderen Werkstoffs.

Temperatur sicher beurteilen

In der Ausbildung lernst Du, Glüh- und Anlassfarben einzuordnen. In der Praxis sind Farben jedoch von Umgebungslicht, Zunder, Oberflächenzustand und Werkstoff abhängig. Für reproduzierbare Ergebnisse nutzt Du nach Möglichkeit einen geregelten Ofen, ein geeignetes Pyrometer, ein Thermoelement oder Temperaturmessstifte. Eine Farbe ist nur ein ergänzender Hinweis.

Arbeitsablauf in der Schmiede

Vorbereiten

Werkstoffprüfung: Bestimme Werkstoffkurzzeichen, Lieferzustand, Blechdicke und bisherigen Umformgrad.
Arbeitsplanung: Lege Solltemperatur, Haltezeit, Erwärmungsart, Abkühlweg und Prüfmerkmal fest.
Oberflächenvorbereitung: Entferne Treibkitt, Öl, Lack, galvanische Überzüge und andere Rückstände nach betrieblicher Vorgabe. Unbekannte Beschichtungen dürfen nicht einfach erhitzt werden.
Arbeitsschutz: Prüfe Brenner oder Ofen, Lüftung, Absaugung, Zangen, Ablage, Löschmittel und persönliche Schutzausrüstung.
Kennzeichnung: Richte einen eindeutig markierten Bereich für heiße Werkstücke ein.

Erwärmen und Halten

Erwärme das Werkstück gleichmäßig. Bei der Flamme bewegst Du die Wärmequelle fortlaufend und vermeidest einen örtlichen Wärmestau. Dünne Ränder, scharfe Ecken und bereits stark ausgedünnte Stellen überhitzen schneller. Im Ofen beginnt die Haltezeit erst, wenn das gesamte Werkstück die Solltemperatur erreicht hat.

Bei Kupferwerkstoffen werden in handwerklichen Treibfolgen oft kurze Zwischenwärmungen eingesetzt. Industrielle Zeitangaben lassen sich nicht ungeprüft auf eine lokale Brennererwärmung übertragen. Dokumentiere deshalb Verfahren, Temperaturerfassung und beobachtetes Ergebnis.

Abkühlen und Nachbereiten

Die Abkühlung ist werkstoffabhängig. Nicht aushärtbare Kupferwerkstoffe härten durch schnelles Abkühlen nicht wie Stahl; dennoch können Verzug, Dampf und Spritzer entstehen. Abschrecken ist daher nur nach Arbeitsanweisung und mit geeigneter Zange, Schutzabstand und freiem Tauchweg zulässig. Stahl wird beim Weichglühen meist langsam im Ofen oder in einem wärmeisolierenden Medium abgekühlt, damit keine erneute Härtung oder hohe Eigenspannung entsteht.

Entferne Oxide mit einem zugelassenen mechanischen oder chemischen Verfahren. Prüfe anschließend Oberfläche, Rissfreiheit, Form und Verformbarkeit. Erst danach beginnt die nächste Treibstufe.

Arbeitsschutz und Umweltschutz

Beim Glühen bestehen Gefährdungen durch offene Flammen, heiße Werkstücke, Wärmestrahlung, Brand, Gas, Kohlenmonoxid, Metalloxide und Dämpfe aus Beschichtungen. Die betriebliche Gefährdungsbeurteilung und Betriebsanweisung sind verbindlich.^[3]

Persönliche Schutzausrüstung: Trage Schutzbrille oder Gesichtsschutz, geeignete hitzebeständige Kleidung, Sicherheitsschuhe und die für den Handhabungsvorgang vorgesehenen Handschuhe.
Werkstücktransport: Benutze passende Zangen. Lege heiße Teile nur auf feuerfeste, gekennzeichnete Flächen.
Lüftung: Betreibe Gasofen und Brenner nur bei wirksamer Lüftung. Erhitze verzinkte, lackierte, bleihaltige oder unbekannt beschichtete Teile nicht ohne festgelegtes Schutzkonzept.
Abschrecken: Halte Gesicht und Körper aus der Dampf- und Spritzrichtung. Der Behälter muss standsicher und ausreichend groß sein.
Brandschutz: Entferne brennbare Stoffe, kontrolliere Schläuche und Anschlüsse und halte den vorgeschriebenen Feuerlöscher erreichbar.
Umweltschutz: Sammle Zunder, Schleifstaub und verbrauchte Beizmittel getrennt und entsorge sie nach betrieblicher Vorgabe.

Qualitätskontrolle und typische Fehler

Fehlerbild	Wahrscheinliche Ursache	Vorbeugung
Werkstück bleibt örtlich hart	Ungleichmäßige Erwärmung oder zu kurze Haltezeit	Temperaturverteilung prüfen und dünne sowie dicke Zonen berücksichtigen
Grobe, raue Oberfläche	Übertemperatur, lange Haltezeit oder starke Oxidation	Prozessgrenzen einhalten und geeignete Atmosphäre wählen
Risse beim nächsten Treiben	Zu spät geglüht, Kerben im Werkzeug oder falscher Werkstoffzustand	Früher zwischenglühen, Werkzeuge polieren und Rissstellen vollständig beurteilen
Verzug	Ungleichmäßiges Erwärmen oder ungeeignetes Abschrecken	Gleichmäßig erwärmen und Abkühlweg an Geometrie anpassen
Anschmelzungen	Lokale Überhitzung oder falsche Flammeneinstellung	Flamme bewegen, Temperatur messen und Legierungsgrenzen beachten
Starke Dämpfe oder Rauch	Rückstände, Beschichtung oder ungeeignete Legierung erhitzt	Arbeit stoppen, Bereich sichern und Gefährdungsbeurteilung anwenden

Fachbegriffe

Begriff	Bedeutung
Kaltverfestigung	Zunahme von Härte und Festigkeit durch plastische Verformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur
Rekristallisation	Neubildung weitgehend unverformter Körner nach ausreichender Kaltverformung und Erwärmung
Haltezeit	Zeitspanne, in der das vollständig durchgewärmte Werkstück im vorgesehenen Temperaturbereich bleibt
Glühatmosphäre	Gasförmige Umgebung des Werkstücks, beispielsweise Luft, Schutzgas oder eine geregelte Ofenatmosphäre
GKZ-Glühung	Weichglühen von Stahl auf kugeligen Zementit
Zwischenglühen	Wärmebehandlung zwischen mehreren Umformstufen

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Warum wird ein Kupferblech während einer längeren Treibarbeit zwischendurch weichgeglüht? (Um die Kaltverfestigung abzubauen und die Verformbarkeit wiederherzustellen) (!Um die Oberfläche dauerhaft zu härten) (!Um das Blech vollständig zu schmelzen) (!Um den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen)

Welcher Vorgang steht beim Weichglühen kaltverformter Kupferwerkstoffe im Mittelpunkt? (Rekristallisation) (!Martensitbildung) (!Aufkohlung) (!Nitrierung)

Was ist vor der Festlegung der Glühtemperatur zuerst zu klären? (Der genaue Werkstoff und sein Zustand) (!Die Farbe des Treibhammers) (!Die Länge des Ambosses) (!Die Anzahl der Fenster)

Welches Merkmal weist auf zunehmende Kaltverfestigung hin? (Stärkeres Rückfedern des Blechs) (!Sinkender Kraftbedarf) (!Spontanes Schmelzen bei Raumtemperatur) (!Verschwinden aller Hammerschläge)

Warum genügt die Glühfarbe allein nicht für eine reproduzierbare Temperaturbestimmung? (Sie hängt auch von Licht, Oberfläche und Werkstoff ab) (!Sie ist nur bei Holz sichtbar) (!Sie entsteht ausschließlich beim Abschrecken) (!Sie misst automatisch die Haltezeit)

Wie wird Stahl beim klassischen Weichglühen in der Regel abgekühlt? (Langsam) (!Schlagartig in Eiswasser) (!Durch Druckluft mit Höchstdruck) (!Überhaupt nicht)

Was kann durch zu hohe Glühtemperatur oder zu lange Haltezeit entstehen? (Unerwünschtes Kornwachstum) (!Eine sichere Werkstoffkennzeichnung) (!Eine automatische Rissheilung) (!Eine höhere Maßgenauigkeit ohne Prüfung)

Welche Maßnahme gehört zur sicheren Handhabung heißer Werkstücke? (Eine passende Zange und eine gekennzeichnete feuerfeste Ablage verwenden) (!Das Werkstück mit bloßer Hand prüfen) (!Heiße Teile auf Holz ablegen) (!Den Transportweg unbeaufsichtigt lassen)

Was bezeichnet die Haltezeit fachlich? (Die Zeit im Sollbereich nach vollständiger Durchwärmung) (!Die gesamte Ausbildungsdauer) (!Die Zeit zum Reinigen des Hammers) (!Nur die Abkühlzeit im Wasser)

Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen Kupfer und Stahl richtig? (Bei Kupfer ist Weichglühen häufig Rekristallisationsglühen, bei Stahl kann kugeliger Zementit das Ziel sein) (!Beide Werkstoffe werden immer gleich behandelt) (!Kupfer wird durch Wasser grundsätzlich martensitisch gehärtet) (!Stahl besitzt keine Umwandlungstemperaturen)

Memory

Kaltverfestigung	Härtezunahme durch plastische Kaltumformung
Rekristallisation	Neubildung unverformter Körner
Haltezeit	Verweildauer im vorgesehenen Temperaturbereich
Treibhammer	Werkzeug zur plastischen Blechformung
Glühatmosphäre	Gasförmige Umgebung während der Wärmebehandlung
Zementit	Eisenkarbid im Stahlgefüge
Pyrometer	Berührungsloses Temperaturmessgerät

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Rückfedern	Anzeichen zunehmender Kaltverfestigung
Rekristallisation	Wiederherstellung der Verformbarkeit
Pyrometer	Temperaturkontrolle
Ofenabkühlung	Langsame Abkühlung weichgeglühten Stahls
Feuerfeste Ablage	Sicheres Ablegen heißer Werkstücke

Kreuzworträtsel

Treiben	Welches Umformverfahren formt Blech durch gezielte Hammerschläge?
Kupfer	Welches rote Metall wird häufig zu Schalen und Reliefs getrieben?
Zementit	Wie heißt das Eisenkarbid im Stahlgefüge?
Pyrometer	Welches Gerät misst Temperatur berührungslos?
Rekristallisation	Welcher Gefügevorgang stellt nach Kaltverformung die Umformbarkeit wieder her?
Haltezeit	Wie heißt die Verweildauer im vorgesehenen Temperaturbereich?

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Lückentext

Beim Treiben wird Blech überwiegend durch

plastisch verformt. Dabei nimmt die

mit dem Umformgrad zu. Beim Weichglühen von Kupferwerkstoffen entstehen durch

neue, weitgehend unverformte Körner. Die Glühtemperatur muss aus dem genauen

und seinem Zustand abgeleitet werden. Eine geregelte Erwärmung verhindert örtliche

. Beim klassischen Weichglühen von Stahl ist eine

Abkühlung wesentlich. Heiße Werkstücke werden mit einer passenden

transportiert. Nach dem Glühen werden Rissfreiheit, Form und

geprüft.

Offene Aufgaben

Leicht

Gefährdungen erkennen: Markiere auf einem Werkstattfoto alle möglichen Gefahrenquellen beim Glühen und notiere je eine Schutzmaßnahme.
Fachbegriffe erklären: Erstelle Karten zu Kaltverfestigung, Rekristallisation, Haltezeit und Glühatmosphäre.
Werkzeugkontrolle: Prüfe unter Anleitung einen Treibhammer auf scharfe Kanten, Riefen und sicheren Sitz des Stiels.
Prozessfolge ordnen: Lege Bild- oder Textkarten für Vorbereiten, Erwärmen, Halten, Abkühlen, Reinigen und Prüfen in die richtige Reihenfolge.

Standard

Arbeitsplan erstellen: Plane das Zwischenglühen einer getriebenen Kupferschale mit Werkstoffangabe, Temperaturkontrolle, PSA und Prüfmerkmalen.
Versuchsreihe dokumentieren: Vergleiche unter Aufsicht drei gleichartige Probestreifen mit unterschiedlichem Kaltumformgrad vor und nach einer freigegebenen Glühbehandlung.
Fehleranalyse: Untersuche ein verzogenes oder stark oxidiertes Übungsstück und entwickle begründete Verbesserungen für die Wärmeführung.
Videoanalyse: Analysiere eines der eingebetteten Videos hinsichtlich Werkzeugführung, Erwärmung, Arbeitsschutz und Qualitätskontrolle.

Schwer

Temperatur-Zeit-Diagramm: Entwickle für einen angegebenen Kupferwerkstoff einen begründeten Temperatur-Zeit-Verlauf auf Grundlage eines Werkstoffdatenblatts.
Werkstoffvergleich: Vergleiche Kupfer, Messing und niedriggekohlten Stahl hinsichtlich Kaltverfestigung, Glühziel, Temperaturführung und Abkühlung.
Qualitätssicherung: Entwirf einen Prüfplan mit Prozessmerkmalen, Annahmekriterien und Dokumentationsfeldern für wiederkehrende Treibarbeiten.
Ausbildungsprojekt: Fertige unter betrieblicher Aufsicht einen kleinen Hohlkörper mit mindestens zwei Treib- und Glühstufen und dokumentiere Entscheidungen, Messwerte, Fehler sowie Korrekturen.

Lernkontrolle

Prozessentscheidung: Ein Kupferblech federt beim Treiben deutlich zurück, zeigt aber noch keine Risse. Begründe, ob Du weiterarbeitest oder zwischenglühst, und beschreibe Deine Entscheidungskriterien.
Werkstofftransfer: Erkläre, warum eine für Kupfer erfolgreiche Abschreckpraxis nicht ungeprüft auf einen kohlenstoffreichen Stahl übertragen werden darf.
Fehlerursachen: Ein Werkstück ist nach dem Glühen am Rand weich, in der Mitte jedoch hart. Entwickle mindestens drei mögliche Ursachen und passende Prüfungen.
Arbeitsschutzfall: Auf einem Blech befinden sich Lackreste und die Werkstoffbezeichnung fehlt. Leite ein sicheres weiteres Vorgehen aus der Gefährdungsbeurteilung ab.
Prozessoptimierung: Schlage Maßnahmen vor, mit denen eine Schmiede Wiederholgenauigkeit, Energieeffizienz und Oberflächenqualität beim Zwischenglühen verbessert.
Gefüge und Eigenschaft: Stelle den Zusammenhang zwischen Versetzungsdichte, Härte, Bruchdehnung und Rekristallisation in einer Ursache-Wirkungs-Kette dar.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

den Werkstoff und seinen Ausgangszustand sicher ermittelst,
Kaltverfestigung und Rekristallisation fachlich erklärst,
das passende Glühziel für Kupferwerkstoff oder Stahl unterscheidest,
Temperatur, Haltezeit, Atmosphäre und Abkühlung aus Unterlagen ableitest,
einen sicheren Arbeitsplatz mit geeigneter PSA und Werkstückablage einrichtest,
das Werkstück gleichmäßig erwärmst und den Prozess dokumentierst,
typische Fehlerbilder erkennst und begründete Korrekturen vorschlägst,
das geglühte Werkstück auf Risse, Form, Oberfläche und weitere Verformbarkeit prüfst.