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'''Kaltumformung''' ist das [[Plastizität (Physik)|plastische]] [[Umformen]] von [[Metalle]]n unterhalb der [[Rekristallisation#Rekristallisationstemperatur|Rekristallisationstemperatur]]. Durch die dabei auftretende [[Verfestigung (Werkstoffkunde)|Verfestigung]] steigt die Werkstoff[[festigkeit]] an. Wenn die Festigkeitssteigerung unerwünscht ist, kann sie durch [[Rekristallisationsglühen]] wieder abgebaut werden. Die Kaltumformung wird vor allem dann angewendet, wenn enge Maßtoleranzen und gute Oberflächeneigenschaften gewünscht sind, oder um gezielt die Festigkeit der Werkstoffe zu erhöhen.<ref>{{Literatur |Autor=Günter Gottstein |Titel=Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen |Auflage=4., neu bearb. Aufl. 2014 |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2014 |ISBN=978-3-642-36603-1}}</ref>

Für die Kaltumformung ist die unterdrückte Rekristallisation charakteristisch. Dazu muss die Rekristallisationstemperatur unterschritten werden. Diese ist etwa bei 40–50 % der absoluten [[Schmelztemperatur]] und hängt vom Material und dem aufgebrachten Umformgrad ab. Somit ist streng genommen die Umformung von [[Blei]] bei Raumtemperatur eine [[Warmumformung]], obwohl das im täglichen Umgang nicht so bezeichnet wird.

Auch wenn die physikalischen Vorgänge dieselben sind, wird von manchen Autoren zwischen ''Ver-'' und ''Umformung'' unterschieden:
* Verformung als eine ''ungezielte'' plastische Formänderung (z. B. beim Aufprall eines Automobils)
* Umformung als eine ''gezielte'' plastische Formänderung bei einem Fertigungsverfahren

== Vergleich mit Warmumformen ==
{| border="0" cellpadding="3px"
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'''Kaltumformen'''
* Arbeitstemperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur
* Enge Maß[[Toleranz (Technik)|toleranzen]] möglich
* Kein [[Abbrand (Metallurgie)|Verzundern]] der Oberfläche
* Erhöhung der [[Festigkeit]] und Verringerung der [[Duktilität]], d. h. [[Bruchdehnung]] (Kaltverfestigung)
* [[Duktil]]e Stoffe sind gut kalt formbar, z. B. durch [[Tiefziehen]], [[Biegen]] oder [[Recken (Materialtechnik)|Recken]].
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'''[[Warmumformung|Warmumformen]]'''
* Arbeitstemperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur
* Große [[Umformbarkeit]] der Werkstoffe
* Geringe Umformkräfte
* Geringe Änderung von Festigkeit und Bruchdehnung am umgeformten Werkstoff
|}

== Kaltverfestigung ==
{{Hauptartikel|Verfestigung (Werkstoffkunde)}}
Da sich durch plastische Verformung in Metallen die [[Versetzungsdichte]] erhöht (auf bis zu <math>10^{14}\,\mathrm{m}^{-2}</math>), steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich [[Versetzung (Materialwissenschaft)|Versetzungen]] bei ihrer Bewegung gegenseitig einschränken und behindern. Entsprechend ist zur Weiterverformung eine größere Spannung notwendig, was sich in einer Zunahme von [[Dehngrenze]] und [[Festigkeit]] bemerkbar macht. Die beschriebene [[Verfestigung (Werkstoffkunde)|Verfestigung]] geht mit einer erhöhten [[Sprödigkeit]] bzw. einer verringerten [[Duktilität]] einher. Zusätzlich nimmt auch die [[Korrosionsbeständigkeit]] und [[elektrische Leitfähigkeit]] in kaltverfestigten Bereichen des Werkstoffs ab.

Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um die Festigkeit eines Werkstoffs durch geringe Vorverformung, z. B. durch [[Walzen]] oder [[Drahtziehen|Ziehen]], zu erhöhen. So lässt sich die Festigkeit bei Aluminiumlegierungen ungefähr verdoppeln. Die beispielsweise beim Biegen von [[Kupferrohr]] eintretende Verfestigung verhindert ab einem gewissen Punkt eine weitere Verformung. Um das Rohr wieder zu erweichen, erhitzen Heizungsinstallateure es mit der Gasflamme.

Die Verfestigung tritt nur bei Werkstoffen mit höheren [[Schmelzpunkt]]en auf. [[Blei]], [[Zinn]] und [[Zink]] lassen sich nicht kalt verfestigen. Der Grad der Verfestigung ist proportional zum Verformungsgrad <math>\varepsilon </math><ref>{{Literatur |Autor=Weißbach, Wolfgang |Titel=Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung |Auflage=16., überarbeitete Auflage |Verlag=Friedr. Vieweg & Sohn-Verlag GWV-Fachverlage GmbH |Ort=Wiesbaden |Datum=2007 |ISBN=978-3-8348-0295-8}}</ref>:
:<math>\varepsilon = \frac{\text{Querschnittsänderung } \Delta A}{\text{Ausgangsquerschnitt } A_0} \cdot 100 \%</math>

== Zugversuch ==
Die Verfestigung sorgt dafür, dass die [[Fließkurve]] eines Metalls im plastischen Bereich ansteigt. Wird das Material nach der plastischen Verformung entlastet, so folgt die [[Spannungs-Dehnungs-Diagramm|Spannungs-Dehnungs-Kurve]] einer zur [[Elastizität (Physik)|elastischen]] [[Gerade]]n parallelen Linie. Bei erneuter Belastung ist die [[Fließgrenze]] <math>\sigma_v</math> heraufgesetzt um:

:<math>\Delta \sigma_v = k_v \cdot M \cdot G \cdot b \sqrt{\rho}</math>

Hierbei ist
* <math>k_v</math> der Vorfaktor für Verformungsverfestigung (normalerweise <math>k_v \approx 0{,}1 \dots 0{,}2</math>)
* <math>M</math> der [[Taylor-Faktor]]
* <math>G</math> der [[Schubmodul]]
* <math>b</math> der Betrag des [[Burgersvektor]]
* <math>\rho</math> die Versetzungsdichte.

Bei o. g. erneutem Belasten läuft die Spannungs-Dehnungs-Kurve idealerweise auf derselben Gerade wie bei der vorangegangenen Entlastung. Die [[Dehnung]] bis zur [[Einschnürung]] bzw. bis zum [[Bruchmechanik|Bruch]] ist entsprechend verringert, d. h., das Material hat deutlich an [[Duktilität]] verloren. Daher eignet sich die Kaltumformung nur für duktile Werkstoffe.

== Folgen ==
Die durch Kaltumformung ([[Kaltwalzen]], [[Tiefziehen]], [[Biegen]], [[Treiben]], [[Fließpressen]], [[Dengeln]] oder auch [[High Frequency Impact Treatment|Hämmern]] und [[Kugelstrahlen]]) hervorgerufenen Versetzungen und [[Eigenspannung]]en führen neben der Erhöhung der Härte und der [[Streckgrenze]] auch zu veränderten elektrischen und magnetischen Eigenschaften: Die [[elektrische Leitfähigkeit]] und die Anfangs[[Permeabilität (Magnetismus)|permeabilität]] verringern sich, und bei [[Stahl]] kann eine [[Permanentmagnet|Dauermagnetisierung]] entstehen. Auf diese Weise können sich überlastete [[Werkzeug]]e (z. B. [[Spiralbohrer]]) spontan [[magnetisieren]].

Kaltverfestigung ist oft erwünscht und erhöht z. B. die [[Standzeit]] einer [[Sense (Werkzeug)|Sense]] durch Dengeln. Gezielt eingebrachte oberflächliche Druckspannungen führen beim Kugelstrahlen zu einer hohen Härte und verbesserten [[Dauerfestigkeit]], da Zugspannungen in das darunterliegende Material verlagert werden und sich so keine Anrisse bilden können.

Die Kaltverfestigung ist speziell bei [[Kupfer]] sehr ausgeprägt. Kupferdraht und -rohre werden ''hart'', ''halbhart'' oder ''weich'' angeboten. Der Draht wird in mehreren Stufen kalt [[Durchziehen|gezogen]] und ist anschließend kaltverfestigt (hart). Er wird meist [[Spannungsarmglühen|geglüht]] weiterverarbeitet oder ausgeliefert. Die harten Rohre kann der [[Installateur]] durch Erwärmung mit der Gasflamme lokal wieder erweichen. Beim Biegen verfestigen sie sich erneut.

== Kaltumformprozesse ==
{{Siehe auch|Umformen#Einteilung_nach_Beanspruchung_der_Werkst%C3%BCcke_(DIN_8582)}}
* [[Drücken (Umformen)|Drücken]]
* [[Tiefziehen]]
* [[Rundkneten]]
* [[Gummikissen-Pressen]]
* [[Taumeln (Fertigungsverfahren)]]

== Literatur ==
* Joachim Rösler, Harald Harders, Martin Bäker: ''Mechanisches Verhalten der Werkstoffe''. B.G. Teubner-Verlag / GWV-Fachverlage GmbH 2006, ISBN 978-3-8351-0008-4.
* Otto Graf: ''Versuche im Stahlbau.'' Dauerversuche mit Nietverbindungen. Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH, Berlin Heidelberg 1935.
* Industrieverband Massivumformung e. V. (Hrsg.): ''Kaltmassivumformung: Präzision in Serie.'' Überarbeitete Ausgabe. Infostelle Industrieverband Massivumformung, Hagen 2012, ISBN 978-3-928726-29-0.

== Weblinks ==

* [http://www.mikescafe.de/_studieren/studiumdownloads/werkstofftechnik.pdf Werkstofftechnik] (abgerufen am 31. März 2016)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Umformendes Fertigungsverfahren| ]]

Kaltumformung - Versionsgeschichte

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