Mehr Festigkeit ohne zusätzlichen Prozessschritt:
Kaltverfestigung macht's möglich – und der Zugversuch liefert den Beweis.
In diesem Beitrag erklärt Thomas Heimlich (Technische Beratung / Verkauf) von MN Kaltformteile, wie sich die Wirkung der Kaltverfestigung im Zugversuch nachweisen lässt und wie Sie das Verfahren nutzen können, um Ihre Bauteile leichter, günstiger und langlebiger zu fertigen.
✅ Ausbildung zum Werkzeugmechaniker, Dipl.-Ingenieur Maschinenbau/Produktionstechnik
✅ Jahrzehntelange Praxis in der Kaltumformung, u. a. als Betriebsleiter, seit 2010 bei MN
✅ Technische Kundenprojekte & Produktentwicklung in Großserie als Tagesgeschäft
Höhere Festigkeit ohne zusätzliche Wärmebehandlung
Viele Konstrukteure stehen bei der Bauteilauslegung vor denselben Herausforderungen:
Eine häufig unterschätzte Möglichkeit bietet die gezielt eingesetzte Kaltverfestigung während der Kaltmassivumformung.
Bereits während der Herstellung kann die Festigkeit eines Bauteils ohne zusätzliche Wärmebehandlung erheblich gesteigert werden. Wie deutlich, lässt sich im Zugversuch messen und in der Fließkurve ablesen. Dazu weiter unten mehr.
Durch die plastische Umformung entstehen Versetzungen im Kristallgitter des Werkstoffs. Diese Versetzungen behindern sich gegenseitig in ihrer Bewegung und es kommt zur Festigkeitszunahme – der eigentlichen Kaltverfestigung des Gefüges.
Für den Anwender ergeben sich daraus zahlreiche Vorteile.
Gewicht reduzieren
Materialkosten senken
Bearbeitungsschritte vermeiden
CO₂-Emissionen reduzieren
Höhere Lebensdauer
Bei der Kaltmassivumformung wird das Material unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur plastisch umgeformt. Dabei entstehen zahlreiche Versetzungen im Kristallgitter. Diese Versetzungen behindern sich gegenseitig. Das Ergebnis:
Die Kaltverfestigung entsteht also automatisch während der Umformung und kann gezielt über den Fertigungsprozess beeinflusst werden.
Je stärker das Metall kalt umgeformt wird, desto höher sind Festigkeit und Härte – aber desto geringer sind Dehnbarkeit und Zähigkeit.
Ja. Die im Zugversuch nachweisbare Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:
Werkstoff
Drahtqualität
Drahtabzug
Umformgrad
Stadienfolge
Werkzeugauslegung
Bereits bei der Bauteilauslegung können Simulationen zeigen, in welchen Bereichen eine gezielte Kaltverfestigung entsteht. Grundlage für das Verständnis dieses Zusammenhangs ist die Fließkurve des jeweiligen Werkstoffs.
Bedeutung der Fließkurve
Die Fließkurve steigt mit zunehmendem Umformgrad an. Das bedeutet: Je stärker das Material umgeformt wird, desto höher ist die eingebrachte Kaltverfestigung sowie die benötigte Presskraft für die Umformung.
Bereits bei kleinen Umformgraden „Phi“ erhöht sich die Spannung „N/mm²“ deutlich.
Für die Praxis der Kaltumformung bedeutet das: Bei zunehmender Umformung steigen die benötigten Presskräfte, Werkzeugbelastungen und Anforderungen an die Schmierung innerhalb des Umformprozesses.
Interpretation der Fließkurve
Das Material C4C zeigt in dieser Fließkurve ein deutliches Kaltverfestigungsverhalten. Mit zunehmender Umformung werden im Gefüge mehr Versetzungen aufgebaut, die sich gegenseitig behindern. Dadurch steigt die Spannung (N/mm²) deutlich an. Die Kurve zeigt einen gleichmäßigen, abflachenden Anstieg, was für gängige kaltumformbare Stähle typisch ist.
Y-Achse: N/mm²
Die senkrechte Achse ist mit N/mm² beschriftet. Dies ist die Einheit der Spannung – dieselbe Kenngröße, die bereits im Zugversuch für Streckgrenze und Zugfestigkeit ermittelt wird. Sie gibt an, welche Kraft pro Quadratmillimeter Querschnittsfläche notwendig ist, damit der Werkstoff plastisch verformt. 1 N/mm² entspricht 1 MPa.
X-Achse: Phi
Phi, meist geschrieben als φ, bezeichnet den Umformgrad. Er beschreibt, wie stark das Material umgeformt wurde. Ein kleiner Phi-Wert bedeutet geringe Umformung, ein großer Phi-Wert bedeutet starke Umformung.
Bereits in der Entwicklungsphase sollte nicht nur der Werkstoff betrachtet werden. Ebenso entscheidend sind:
Nur wenn Konstruktion und Fertigung gemeinsam betrachtet werden – abgestimmt auf die Erkenntnisse aus Zugversuch und Fließkurve – lässt sich das Potenzial der Kaltverfestigung vollständig nutzen.
Wir unterstützen Sie gerne dabei, die Vorteile der Kaltumformung und gezielten Kaltverfestigung auch in Ihren Anwendungen umzusetzen. Unser Team steht Ihnen dafür jederzeit gern zur Verfügung.
Die Kaltverfestigung selbst ist nicht in einer einzelnen Norm geregelt. Sie wird jedoch durch zahlreiche Werkstoff- und Prüfstandards beeinflusst – allen voran den Zugversuch. Für die Entwicklung kaltumgeformter Bauteile sind insbesondere folgende Normen relevant:
| Norm | Bedeutung |
|---|---|
| DIN EN 10263 | Stähle für Kaltstauch- und Kaltfließpressanwendungen |
| DIN EN ISO 6892-1 | Zugversuch zur Ermittlung von Streckgrenze und Zugfestigkeit |
| DIN EN ISO 6507 | Vickers-Härteprüfung |
| DIN EN ISO 6508 | Rockwell-Härteprüfung |
| DIN EN ISO 6506 | Brinell-Härteprüfung |
| DIN EN ISO 7438 | Biegeversuch metallischer Werkstoffe |
| VDI 2230 | Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen |
| DIN EN ISO 898-1 | Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl |
| DIN EN 10088 | Nichtrostende Stähle (ausgeprägte Kaltverfestigung bei austenitischen Werkstoffen) |
Zur Vertiefung eignen sich unter anderem:
Richtig genutzt, kann die Kaltverfestigung bereits in der Konstruktionsphase dazu beitragen, Bauteile leichter, belastbarer und wirtschaftlicher auszulegen. Der Zugversuch und die daraus abgeleitete Fließkurve machen sichtbar, wie deutlich die Festigkeit durch Kaltverfestigung tatsächlich steigt, und liefern so die entscheidende Datengrundlage, um dieses Potenzial gezielt einzuplanen. Gleichzeitig lassen sich Materialeinsatz, Bearbeitungsschritte und energieintensive Wärmebehandlungen reduzieren. Das verbessert nicht nur die Wirtschaftlichkeit, sondern unterstützt auch die Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks über den gesamten Fertigungsprozess.
Jetzt Kontakt aufnehmen
Ob Zugversuch, Fließkurve oder konkrete Bauteilauslegung – bei Fragen rund um die gezielte Kaltverfestigung stehen wir Ihnen als Ansprechpartner zur Seite. Schildern Sie uns kurz Ihr Vorhaben, und wir sagen Ihnen, ob und wie sich Material, Gewicht oder Bearbeitungsschritte bei Ihnen einsparen lassen.
– Thomas Heimlich, Technische Beratung / Verkauf
