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Einsatzhärten

Kohlenstoffarme Stähle (C < 0,30 %) sind zäh, gut zerspanbar und gut schweißbar, jedoch nicht (martensitisch) härtbar. Häufig wird aber von diesen Stählen zusätzlich eine harte und verschleißbeständige Oberfläche gefordert. Um diese eigentlich einander widersprechenden Forderungen zu erfüllen, eignet sich das Einsatzhärten. Der zu geringe Kohlenstoffgehalt fordert vor dem Härten das sogenannte Aufkohlen.Das Werkstück wird in kohlenstoffabgebender Umgebung längere Zeit (einige Stunden bis max. 200 h) bei Temperaturen im Austenitbereich geglüht, da bei diesen Temperaturen der Stahl aufgrund seines austenitischen Gefüges erheblich mehr Kohlenstoffatome lösen kann. Der Kohlenstoff diffundiert aus dem umgebenden Medium in das Innere des Stahls. Der Kohlenstoffgehalt steigt dabei, zumindest in der Randschicht, von 0,1 % bis 0,25 % (Kohlenstoffgehalt der zum Einsatzhärten geeigneten Stähle) auf 0,7 % bis 0,9 % (optimaler Kohlenstoffgehalt der aufgekohlten Randschicht) kontinuierlich an. Durch das Aufkohlen wird die Randschicht gut härtbar, während der Kern aufgrund seines nach wie vor niedrigen Kohlenstoffgehalts zäh und verformungsfähig bleibt.

Feste Aufkohlungsmittel sind in der Regel eine Mischung aus einem Kohlenstoffträger z.B. Holzkohle und einem Aktivierungsmittel zur Beschleunigung der Kohlenstoffaufnahme sowie einem Bindemittel. Die Aufkohlzeit liegt dabei bei mehreren Stunden (7-9 h).
Die Aufkohlen in flüssigen Aufkohlungsmitteln erfolgt in Salzschmelzen. Als Kohlenstofflieferant dienen in der Regel Alkalicyanide, wie z.B. Natriumcyanid (NaCN) oder seltener auch Kaliumcyanid (KCN) bei Aufkohlungszeiten von ca. 3 h.
Gasförmige Aufkohlungsmittel bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasserstoff (H2), Wasserdampf (H2O), Sauerstoff (O2) und gegebenenfalls Methan (CH4) in sehr unterschiedlichen Konzentrationen. Die Vorteile des Gasaufkohlens liegen in einem hohen Mechanisierungs- bzw. Automatisierungsgrad, einer schnellen Schichtbildung sowie günstigen Arbeitsbedingungen. Außerdem lässt sich der Aufkohlungsprozess (Kohlenstoffpegel) besser kontrollieren und regeln. Nachteilig sind allerdings die hohen Anlagenkosten.

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