Normalisieren und Weichglühen: Was nach dem Schmieden passiert

Nach dem Schmieden sieht die Klinge schon fast wie ein Messer aus. Im Inneren ist sie aber noch unruhig: Manche Bereiche waren heißer als andere, das Korn ist teils gewachsen, und die Hammerschläge haben Spannungen hinterlassen. Bevor du härtest, bringst du das Gefüge deshalb in einen gleichmäßigen Zustand. Diese dritte Station der Serie „Vom Rohling zur Klinge“ erklärt das Normalisieren, wie viele Zyklen sinnvoll sind und wann du stattdessen weichglühst. Wie die Klinge bis hierher entstanden ist, steht in der Station Schmieden.

Was beim Schmieden im Gefüge passiert

Das Gefüge ist der innere Aufbau des Stahls aus Körnern und Karbiden. Beim Schmieden erhitzt du die Klinge immer wieder, oft ungleichmäßig, und lässt sie zwischendurch abkühlen. Larrin Thomas beschreibt bei Knife Steel Nerds, dass dabei ein uneinheitliches Gefüge entsteht, zum Teil mit Karbiden an den Korngrenzen. Die deutschsprachige Wikipedia nennt Schmiedeteile als typischen Fall für Normalglühen, weil unkontrolliertes Abkühlen ungleichmäßige Korngrößen hinterlässt.

Härtest du so eine Klinge direkt, reagiert sie an jeder Stelle etwas anders. Das Ergebnis sind ungleichmäßige Härte, mehr Verzug und ein höheres Risiko für Risse.

Wozu dient das Normalisieren?

Normalisieren (auch Normalglühen) heißt: Die Klinge wird über ihre Umwandlungstemperatur erhitzt, dort kurz gehalten und kühlt dann an ruhender Luft ab. Das hat drei Ziele:

• Gefüge vereinheitlichen: Die Karbide aus dem Schmieden lösen sich wieder, beim Abkühlen entsteht ein gleichmäßiges Gefüge.
• Korn verfeinern: Das Ergebnis ist laut Lehrmaterial zum Tabellenbuch Metall ein feinkörniges Normalgefüge.
• Spannungen abbauen: Die Spannungen aus Hammerschlägen und ungleichem Abkühlen gehen beim vollständigen Umwandeln weitgehend verloren.

Damit startet jede Stelle der Klinge beim Härten mit denselben Voraussetzungen.

Welche Temperatur nennen die Quellen?

Die Normalisiertemperatur hängt vom Stahl ab. Nicht jedes Datenblatt nennt sie, denn Werkzeugstähle werden weichgeglüht geliefert und von Herstellern meist nicht für das Schmieden beschrieben.

Die Werte von Knife Steel Nerds sind aus Fahrenheit umgerechnet (1.550 bis 1.650 °F). Für 1.2842 und 1.2510 fehlt eine Herstellerangabe zum Normalisieren, auch bei Dörrenberg (1.2842), Dörrenberg (1.2510), Lucefin und Uddeholm. Lucefin nennt für 1.2842 immerhin die Umwandlungspunkte Ac1 bei 720 °C und Ac3 bei 750 °C, also die Temperaturen, bei denen die Umwandlung beim Erwärmen beginnt und abgeschlossen ist. Eine Normalisiertemperatur gibt das Datenblatt daraus nicht an.

Glühfarbe als grober Anhalt

Ohne Messgerät bleibt dir die Glühfarbe. Im Lehrmaterial von Europa-Lehrmittel steht Hellrot für etwa 850 °C und „gut Hellrot“ für etwa 900 °C. Dort heißt es aber auch: „Glühfarben geben nur grobe Anhaltswerte wieder“. Das Umgebungslicht verschiebt den Eindruck stark. Der Glühfarben-Rechner übersetzt Farben in Temperaturbereiche und zeigt, wie weit die Tabellen auseinanderliegen.

Wie läuft das Normalisieren ab?

Ein typischer Ablauf in der Hobbywerkstatt sieht so aus:

1. Zunder abbürsten, damit die Wärme gleichmäßig eindringt.
2. Gleichmäßig erhitzen: die ganze Klinge auf Temperatur bringen, nicht nur die Mitte. Spitze und Schneide werden schneller heiß und überhitzen leicht.
3. Kurz halten: Knife Steel Nerds nennt für 80CrV2 im Ofen 10 Minuten. In der Esse genügt meist ein gleichmäßiges Durchwärmen, bis die Farbe überall gleich ist (Faustwert).
4. An ruhender Luft abkühlen: nicht in Zugluft, nicht auf dem kalten Amboss, nicht in Wasser oder Öl. Viele stellen oder hängen die Klinge so auf, dass beide Seiten frei liegen und gleich schnell abkühlen.
5. Wiederholen, falls gewünscht: Vor dem nächsten Zyklus lassen viele die Klinge ganz abkühlen.

Wie viele Zyklen sind sinnvoll?

Unter Schmieden sind zwei bis drei Zyklen verbreitet, oft mit sinkender Temperatur. Knife Steel Nerds sieht beides kritisch. In seinen 13 Mythen zur Wärmebehandlung erklärt Larrin Thomas, dass eine Reihe wie 871, 843 und 816 °C weder das Auflösen der Karbide noch die Kornfeinung gut erreicht. Sinnvoller ist laut ihm:

• ein hoher Zyklus zum Auflösen der Karbide (für 1095 etwa 843 bis 899 °C)
• optional ein niedriger Zyklus knapp über der Umwandlung zur Kornfeinung (für 1095 etwa 746 bis 788 °C)
• optional ein Zyklus unterhalb der Umwandlung, als Beispiel nennt er etwa 677 °C

In eigenen Versuchen brachten zusätzliche Kornfeinungszyklen keinen messbaren Vorteil bei der Zähigkeit, solange danach richtig gehärtet wurde (Knife Steel Nerds). Für dich heißt das: Ein sauberer Zyklus bei der richtigen Temperatur ist wichtiger als viele ungenaue. Jeder weitere Zyklus kostet außerdem Material durch Zunder und Kohlenstoff an der Oberfläche.

Was in der Esse ohne Regelung anders ist

Für die Wärmebehandlung in der Esse empfiehlt Knife Steel Nerds einen vereinfachten Weg: nur normalisieren, danach direkt härten und das Weichglühen weglassen (Thermal Cycling). In seinem Versuch mit der Esse normalisierte er bei etwa 845 bis 925 °C (1.550 bis 1.700 °F) für 10 Minuten mit Luftabkühlung. Der Magnet hilft dabei nur begrenzt: Er zeigt, wann der Stahl umgewandelt ist, und das liegt laut Knife Steel Nerds bei den meisten niedrig legierten Messerstählen um 732 bis 749 °C. Zum Normalisieren muss die Klinge deutlich heißer werden. Mehr zum Magnettest steht in der Werkstatt-Grundausstattung.

Weichglühen: Wann brauchst du es?

Weichglühen verfolgt ein anderes Ziel. Die Klinge soll so weich werden, dass du sie gut bohren, sägen und feilen kannst. Dabei formt sich der Zementit, eine harte Eisen-Kohlenstoff-Verbindung, kugelig ein (Europa-Lehrmittel, ergänzend Wikipedia). Laut Knife Steel Nerds macht das den Stahl gut bearbeitbar und sorgt für eine gleichmäßige Reaktion beim späteren Härten.

Weichglühen lohnt sich, wenn:

• du nach dem Schmieden noch Löcher in die Angel bohren oder viel feilen und sägen willst und der normalisierte Stahl dafür zu hart ist
• eine Härtung misslungen ist und du die Klinge neu aufbauen musst
• du Stahl unbekannten Zustands vor dir hast

Hast du weichgeglühten Flachstahl gekauft und nur ausgeschliffen, brauchst du es nicht.

HB steht für die Härte nach Brinell, eine andere Skala als HRC. Bei 1.2510 weichen thyssenkrupp und Böhler voneinander ab. Richte dich nach dem Datenblatt, das zu deinem Material gehört.

Die Datenblätter setzen einen Ofen mit Regelung voraus. In der Esse kannst du das nur annähern: Klinge gleichmäßig erhitzen und dann sehr langsam abkühlen lassen, zum Beispiel in einem Behälter mit Vermiculit. Knife Steel Nerds nennt solche wärmeisolierenden Stoffe als Möglichkeit. Das Ergebnis ist weniger genau, reicht aber oft, um bohren zu können.

Spannungsarmglühen als dritte Variante

Daneben gibt es das Spannungsarmglühen. Es baut Spannungen ab, ohne das Gefüge umzuwandeln. Für 1.2842 nennen thyssenkrupp und Böhler etwa 650 °C, Böhler mit 1 bis 2 Stunden Haltezeit und langsamer Ofenabkühlung, gedacht nach starker Zerspanung oder für komplizierte Werkzeuge. Für eine geschmiedete Messerklinge ersetzt es das Normalisieren nicht.

Typische Fehler beim Normalisieren

• Zu heiß: Wer weit über die Quellenwerte geht, lässt das Korn wieder wachsen. Funkensprühen ist ein Zeichen, dass der Stahl verbrennt.
• Ungleich abgekühlt: Liegt die Klinge mit einer Seite auf kaltem Metall oder Stein, kühlt sie einseitig ab und verzieht sich.
• Spitze überhitzt: Dünne Bereiche erreichen die Temperatur zuerst. Halte die Spitze am Rand der heißesten Zone.
• Zu viele Zyklen: Jeder Zyklus kostet Zunder und Oberflächenkohlenstoff, ohne dass die Klinge besser wird.

Beim Umgang mit heißen Teilen gelten dieselben Regeln wie beim Schmieden: fester Ablageplatz, Schutzbrille, Handschuhe für die Esse. Alles Weitere steht in Sicherheit in der Werkstatt.

Wie geht es weiter?

Mit einem gleichmäßigen Gefüge ist die Klinge bereit für den entscheidenden Schritt. In der Station Härten geht es um Härtetemperatur, Haltezeit und das richtige Abschreckmittel. Wenn du nach dem Weichglühen noch Löcher bohrst oder die Fase vorfeilst, ist jetzt der richtige Moment dafür.