HÄRTEN

Unter Härten versteht man die Steigerung der Härte, bzw. Festigkeit, mit Hilfe einer Wärmebehandlung. Diese besteht aus den Schritten Austenitisieren und Abschrecken. Das Austenitisieren stellt ein Glühen bei 800-1200°C dar, wodurch sich ein kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter ergibt. Durch das nachfolgende Abschrecken entsteht eine Gefügeumwandlung, welche ein verspanntes, hartes Martensit-Gitter erzeugt. Die Härteparameter (Austenitisierungstemperatur, -dauer und kritische Abschreckgeschwindigkeit) hängen von der Stahlzusammensetzung ab. Nach dem Härten schließt sich in der Regel das Anlassen an, um die Zähigkeit zu erhöhen.

Härten und Anlassen unter Schutzgas
Beim Härten unter Schutzgas kann mit Hilfe einer geregelten Gasatmosphäre eine unerwünschte Randoxidation vermieden werden. Das Abschrecken erfolgt in Öl- oder Polymerlösung.

Die Vakuumwärmebehandlung von Werkzeugen und Bauteilen zählt heute zum Stand der Technik. In der Vakuumanlage werden die Wärmebehandlungsverfahren Glühen, Härten und Anlassen durchgeführt.

Unter Vakuumhärten versteht man die Erwärmung der Werkstücke in einem dichten Kessel. Das Aufheizen erfolgt bis ca. 700°C in einer umgewälzten Stickstoff-Atmosphäre, dann wird durch Abpumpen des Gases ein Vakuum erzeugt. Elektrisch beheizte Graphitstäbe erwärmen die Charge nun stufenweise bis auf Härtetemperatur. Das Abschrecken der Teile erfolgt durch Einblasen von gasförmigem Stickstoff bis zu einem Druck von 10 bar.

Vorteile:
– verzugsarm
– entkohlungsfrei
– keine Oxidation der Bauteile
– blanke Oberflächen
– dokumentierter Prozess
– reproduzierbare Ergebnisse

Das Einsatzhärten besteht aus den Prozessschritten Aufkohlen und Abschrecken. Beim Aufkohlen wird die Oberfläche eines kohlenstoffarmen Einsatzstahles mit Kohlenstoff angereichert (Temperatur: 880-940°C). Beim anschließenden Abschrecken von der Härtetemperatur im Ölbad entsteht ein dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt entsprechendes Härteprofil.

Das Aufkohlen ist ein Diffusionsvorgang und dauert je nach geforderter Einsatzhärtetiefe (Eht) mehrere Stunden. Im Anschluss an das Aufkohlen werden die Werkstoffe abgeschreckt und die martensitische Randzone erzeugt. Wie beim konventionellen Härten muss nach dem Einsatzhärten angelassen werden. Das Ergebnis der Behandlung ist eine Kombination aus harter Randschicht und zähem Kern. Eine Abwandlung des Einsatzhärtens ist das Carbonitrieren.

Für das Aufkohlen kommen Kammeröfen- oder Topfofenanlagen und Durchlaufanlagen zum Einsatz. Der Prozess wird in der Regel vollautomatisch gesteuert und entsprechend der Zielvorgaben wie Einsatzhärtetiefe, Rand- C- Gehalt usw. geregelt.

Glühen ist ein Oberbegriff für eine Vielzahl unterschiedlicher Glühverfahren. Das Glühen dient dazu, bestimmte mechanische oder physikalische Eigenschaften im Werkstoff einzustellen. Generell gilt, dass durch ein Glühverfahren die Festigkeit des Werkstoffs nicht erhöht wird.

Die wesentlichen Glühverfahren sind:
– Normalglühen oder Normalisieren
– Spannungsarmglühen
– Weichglühen

Das Carbonitrieren ist eine Variante des Einsatzhärtens, dh. Anreicherung der Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff. Wie das Einsatzhärten erzeugt das Carbonitrieren verschleißfeste Oberflächen und steigert die Dauerfestigkeit von schwingend beanspruchten Bauteilen.

Die Prozesstemperatur ist mit 850 – 900°C etwas niedriger als beim Einsatzhärten.
Neben Kohlenstoff wird beim Carbonitrieren die Randschicht mit Stickstoff angereichert. Hierdurch verbessert sich die Härtbarkeit der Randschicht, wodurch auch unlegierte Stähle behandelt werden können, bei denen beim Einsatzhärten die Gefahr der Weichfleckigkeit besteht.

Das Induktionshärten zählt zu den Randschichthärteverfahren. Das bedeutet, in der oberflächennahen Randzone des Bauteils kommt es durch eine gesteuerte Folge von Erwärmen / Abschrecken zu einer martensitischen Härtung und damit zu einer Härtesteigerung in diesem Bereich. Hingegen bleiben Gefüge und Härte im Kern des Bauteils unbeeinflusst.

Das Verfahren Induktionshärten besteht aus den Schritten:
– Erwärmen der Oberfläche auf Härtetemperatur
– Abschrecken in Wasser-, Öl- oder Polymerlösung
– ggf. Anlassen zur Erhöhung der Zähigkeit

Vorteile
– anwendungsorientiertes lokales Härteprofil erzielbar
– feines Härtungsgefüge wegen der schnellen Aufheizrate, dadurch hohe Zähigkeit
– verzugsarm wegen lokaler Erwärmung
– energieeffizientes Verfahren mit einem hohen Wirkungsgrad
– Verschleißschutz an beanspruchten Stellen
– Verbesserung der Dauerfestigkeit, da Druckspannungen in der Oberfläche entstehen

Tenifer® + QPQ bezeichnet das klassische Salzbadnitrocarburieren und ist eine Variante des thermochemischen
Randschichtverfahrens „Nitrocarburieren“.

Wie beim Nitrocarburieren im Gas oder Plasma wird die Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit der Bauteile erhöht.
Das QPQ – Verfahren (Quench – Polish – Quench) erzeugt zusätzlich eine Korrosionsbeständigkeit an der Bauteiloberfläche, durch die Kombination Tenifer® + Polieren der Bauteile + Oxidation. Die Behandlungstemperatur für Nitrocarburieren in Salzschmelzen liegt bei 580°C.

Tenifer®: eingetragenes Warenzeichen der Houghton Durferrit GmbH

Vorteile:
– Verbesserung der Reib- und Gleiteigenschaften
– hohe Verschleißfestigkeit bei Abrasion und Adhäsion
– gute Dauerfestigkeit
– geringe Maß- und Formänderung
– geeignet für verzugsgefährdete Teile

Beim Lösungsglühen mit anschließender Warmauslagerung wird die Festigkeitssteigerung durch eine Ausscheidungshärtung erzielt. Grundlegend kann man unter Ausscheidungshärten alle Maßnahmen der Wärmebehandlung verstehen, die unter Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit des Lösungsvermögens der Mischkristalle zu einer Festigkeitssteigerung führen.

Die Aushärtung besteht aus drei Stufen:
– Lösungsglühen
– Abschrecken
– Auslagern (warm oder kalt)

Das Lösungsglühen erfolgt je nach Legierung bei Temperaturen von 480 – 550 °C. Es wird eine Temperatur gewählt, bei der eine ausreichende Menge von den Legierungselementen im Mischkristall gelöst ist, so, dass der Aushärtungseffekt nach dem Abschrecken und der Auslagerung eintritt.

Der Aushärtungseffekt hängt von der Lösungsglühtemperatur, der Vorglühzeit, der Temperatur des Kühlmittels, der Temperatur des Bauteils im Augenblick des Abschreckens, der Auslagerungstemperatur und der Auslagerungsdauer ab.