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Härtetechnik Niederberg

Ihr Partner in Wärmebehandlungs­fragen

Härten

Unter Härten versteht man eine Wärmebehandlung bestehend aus Austenitisieren und Abkühlen unter solchen Bedingungen, dass eine Härtezunahme durch mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in der Regel in Martensit erfolgt.

Das Austenitisieren ist der Behandlungsschritt, in dem das Werkstück auf Austenitisierungstemperatur gebracht wird und durch vollständige Phasenumwandlung und Carbidauflösung die Matrix des Stahls austenitisch wird.

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Nach dem Austenitisieren erfolgt das Abkühlen. Damit das gesamte Werkstück ein martensitisches Gefüge annimmt, muss die Geschwindigkeit des Temperatursturzes größer sein als die kritische Abkühlgeschwindigkeit des jeweiligen Stahls.

Das Abkühlen kann in verschiedenen Medien erfolgen, die sich charakteristisch durch ihre Abkühlwirkung in den verschiedenen Temperaturbereichen unterscheiden.

Nach dem Härten besteht das Gefüge sogenannter übereutekoider Stähle üblicherweise aus Martensit + Restaustenit + Carbid. Dem Anteil dieser Phasen ist z.B. bei der Wärmebehandlung von Werkzeugstählen große Bedeutung beizumessen, da Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit vom Gefügezustand nach dem Härten beeinflusst werden.

1. Geeignete Werkstoffe

Im Prinzip ist jeder Stahl mehr oder weniger gut härtbar. Die Härtbarkeit ist aber entscheidend von der chemischen Zusammensetzung des Stahls abhängig. Unter Härtbarkeit versteht man die Fähigkeit eines Stahls, in der oberflächennahen Zone mehr oder weniger tiefgreifend eine erhöhte Härte anzunehmen. Der Begriff „Härtbarkeit“ beinhaltet die Höhe sowie die Verteilung der Härtezunahme im Werkstück (Einhärtbarkeit).

2. Vorzüge dieser Wärmebehandlung

Das Härten wird angewendet, um Bauteilen und Werkzeugen eine ausreichende Härte und Festigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen – z.B. statischer oder dynamischer Verformung durch Zug, Druck, Biegung, Verschleiß - zu verleihen.

3. Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Auf jeden Fall anzugeben sind:
  • Werkstoff
  • gewünschte Härte
  • bei Anlieferung bereits erfolgte Bearbeitung des Werkstückes

Ob die gewünschte Härte mit dem angelieferten Werkstoff überhaupt realisierbar ist, kann Ihnen der Lohnhärter sagen. Außerdem sollte mit dem Lohnhärter geklärt werden, ob nur das Härten wie hier beschrieben oder (wie allgemein üblich) Härten und Anlassen gewünscht wird (vgl. Infoblatt Anlassen).

Weitere, für das Härten notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Vergüten

Das Vergüten wird den thermischen Wärmebehandlungsverfahren zugeordnet. Es handelt sich hierbei um ein kombiniertes Wärmebehandlungsverfahren von Härten mit einem nachfolgenden Anlassen. Härten ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das aus Austenitisieren und schnellem Abkühlen besteht. Dabei erfolgt eine Härtezunahme durch eine mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in Martensit und gegebenenfalls in Bainit.

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Ergänzende Informationen über das Härten können Sie dem Infoblatt „Härten“ entnehmen.
Beim Anlassen handelt es sich um ein- oder mehrmaliges Erwärmen eines gehärteten Werkstücks zur Erzielung vorgegebener mechanischer Eigenschaften.
Ergänzende Informationen über das Anlassen können Sie dem Infoblatt „Anlassen“ entnehmen.

1. Geeignete Werkstoffe

Alle härtbaren Stähle.

2. Vorzüge dieser Wärmebehandlung

  • hohe Standfestigkeit
  • hohe Dauerschwingfestigkeit
  • gut Zug- und Kerbschlagzähigkeit
  • gute Biegewechselfestigkeit
  • ideale Voraussetzung für spätere themochemische Wärmebehandlung

3. Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Im Rahmen der Vergütung sind folgende Prüfungen vorzusehen:
  • Härteprüfungen und auf besonderen Wunsch
  • Zugfestigkeitsprüfung
  • Ermittlung der Kerbschlagzähigkeit
  • Dauerschwing- und Biegewechselfähigkeit

4. Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Zur Durchführung des Vergütens benötigt der Lohnhärter folgende Angaben:
  • Werkstoffbezeichnung
  • Angabe der Härteprüfstelle
  • Angabe zur Probenentnahme für Zug- und Kerbschlagversuche
  • Angabe zu den mechanischen Eigenschaften

Weitere für das Vergüten notwendige Angaben sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Einsatzhärten

Das Einsatzhärten zählt zu den thermochemischen Verfahren. Im Rahmen dieses Verfahrens wird die Randschicht von Bauteilen und Werkzeugen mit einem Kohlenstoff abgebenden Medium aufgekohlt und anschließend abgeschreckt. Hierdurch werden die mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht (z.B. Verschleiß) verbessert.

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Die Abschreckung kann entweder direkt aus der Aufkohlungstemperatur oder nach einem Zwischenkühlen und Wiedererwärmen auf eine werkstoffspezifische Härtetemperatur erfolgen. Dies sind nur zwei Varianten möglicher Temperatur-Zeit-Folgen beim Einsatzhärten. Die Aufkohlung erfolgt in der Regel zwischen 880 bis 980°C. Nach dem Abhärten der aufgekohlten Bauteile ist überwiegend ein Anlassen erforderlich, um die aus der Härtung entstandenen Spannungen zu mindern und die geforderten Gebrauchsfestigkeiten einzustellen. Für das Einsatzhärten stehen dem Wärmebehandler unterschiedliche Anlagentechniken wie z.B. Kammeröfen, Durchlauföfen, Salzbäder, Niederdruckanlagen etc. zur Verfügung. Partielles Einsatzhärten ist dank geeigneter Isoliertechniken möglich. Aufgekohlt wird mit Pulver, Salz, Gas und Plasma. Als Abschreckmedien werden hauptsächlich Öle und synthetische Polymerlösungen eingesetzt.

1. Geeignete Werkstoffe

Einsatzstähle sind Baustähle mit verhältnismäßig niedrigem Kohlenstoffgehalt, die für Bauteile verwendet werden und deren Randschicht vor dem Härten üblicherweise aufgekohlt oder carbonitriert wird. Einsatzhärtestähle liegen im Kohlenstoffgehalt unter dem der Vergütungsstähle, also unter 0,25%.

2. Vorzüge dieser Wärmebehandlung

Das Einsatzhärten dient dazu, der Randschicht von Werkstücken und Werkzeugen aus Stahl eine wesentlich höhere Härte und den Werkstücken und Werkzeugen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen. Einsatzgehärtete Bauteile und Werkzeuge zeichnen sich durch erhöhten Verschleißwiderstand, einen zähen Kern sowie durch eine erhöhte Biegewechselfestigkeit aus. Diese Eigenschaften sind vor allem bei Getriebeteilen erwünscht.

3. Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Zur Durchführung des Einsatzhärtens benötigt der Lohnhärter folgende Angaben:
  • Werkstoffbezeichnung
  • Einsatzhärtetiefe
  • Sollwerte Randhärte
  • ggf. Isoliervorschrift (z.B. Werkstückzeichnung mit Angabe der Stellen, die nicht gehärtet werden sollen)

Weitere, für das Einsatzhärten notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Carbonitrieren

Das Carbonitrieren zählt zu den thermochemischen Verfahren. Im Rahmen dieses Verfahrens wird die Randschicht von Bauteilen mit Kohlen- und Stickstoff angereichert und die mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht (z.B. Verschleiß) verbessert.

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Es nimmt praktisch die Mittelstellung zwischen Einsatzhärten und nitrieren ein. Die Carbonitriertemperaturen sind niedriger als die bei der Einsatzhärtung, jedoch höher als die Nitriertemperaturen. Die Temperaturen bei der Carbonitrierhärtung im Gas liegen im Allgemeinen zwischen 760 und 900°C. Während beim Einsatzhärten Kohlenstoff und beim Nitrieren Stickstoff in die Stahloberfläche eindringt, beruht die Wirkung der Carbonitrierung auf Kohlenstoff- und gleichzeitig Stickstoffdiffusion. Durch die Anreicherung mit Stickstoff wird die Härtetemperatur und die kritische Abkühlgeschwindigkeit herabgesetzt, so dass milder abgeschreckt werden kann. Beide Faktoren verringern das Risiko des Verzugs. Mit einer anschließenden Anlassbehandlung wird die gewünschte Oberflächenhärte eingestellt. Falls eine partielle Carbonitrierung gefordert ist, können die nicht zu carbonitrierenden Bereiche isoliert werden.

1. Geeignete Werkstoffe

Für das Carbonitrieren eignen sich unlegierte und niedrig legierte Einsatzstähle sowie Automaten- und Baustähle. Dies sind im Allgemeinen Stähle mit Kohlenstoffgehalten unter 0,2%.

2. Vorzüge dieser Wärmebehandlung

Das Carbonitrieren dient dazu, der Randschicht von Werkstücken und Werkzeugen aus Stahl eine wesentlich höhere Härte und den Werkstücken und Werkzeugen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen.

Durch das Carbonitrieren entsteht ein erhöhter Verschleißwiderstand unter gleichzeitiger Verzugsarmut.

3. Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Zur Durchführung des Carbonitrierens benötigt der Wärmebehandler folgende Angaben:
  • Werkstoffbezeichnung
  • Einsatzhärtetiefe
  • Sollwerte Randhärte
  • ggf. Isoliervorschrift (z.B. Werkstückzeichnung mit Angabe der Stellen, die nicht gehärtet werden sollen)

Weitere, für das Carbonitrieren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Glühen

Unter Glühen versteht man die Behandlung eines Werkstückes bei einer bestimmten Temperatur, mit einer bestimmten Haltedauer und einer nachfolgend, der Erzielung der angestrebten Werkstoffeigenschaften, angepassten Abkühlung.

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Man unterscheidet folgende wichtige Glühverfahren:
  • Normalglühen
  • Spannungsarmglühen
  • Weichglühen
  • GKZ-Glühen
  • Grobkornglühen
  • Diffusionsglühen
  • Rekristallisationsglühen
  • Lösungsglühen

Das Normalglühen wird hauptsächlich nach vorausgegangener Warmumformung von Bauteilen vorgenommen. Das Erwärmen erfolgt auf eine Temperatur etwas oberhalb der Härtetemperatur mit einem anschließenden Abkühlen an ruhender Atmosphäre, um eine gleichmäßige Kornstruktur zu erzielen.

Das Spannungsarmglühen ist ein Glühen bei hinreichend hohen Temperaturen (bei vergüteten Stählen jedoch unterhalb der letzten Anlasstemperatur) mit dem Ziel, die Eigenspannungen ohne wesentliche Änderungen des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften zu verringern.

Unter Weichglühen versteht man ein Glühen bei einer Temperatur dicht unterhalb des unteren Umwandlungspunktes mit anschließendem, langsamen Abkühlen, um einen möglichst weichen Zustand zu erzielen.

Das GKZ-Glühen, das Glühen auf kugeligem Zementit, ist auch ein Weichglühvorgang, wobei allerdings durch ein Pendelglühen mit anschließender, langsamer Abkühlung ein möglichst hoher Einformgrad der Karbide erzielt wird. Diese Behandlung ist z.B. für ein nachfolgendes Kaltmassivumformen von großer Bedeutung.

Das Grobkornglühen, auch Hochglühen genannt, findet bei einer Temperatur oberhalb der Härtetemperatur mit einer zweckentsprechenden Abkühlung statt, um ein gröberes Korn (z.B. zur Verbesserung der Zerspanbarkeit) zu erzielen.

Das Diffusionsglühen ist ein Glühen bei sehr hohen Temperaturen im Rekristallisationsgebiet. Ziel ist, z.B. die durch Kaltumformung eingetretenen Eigenschafts- und Gefügeänderungen partiell oder vollständig rückgängig zu machen, ohne dass eine Gefügeumwandlung stattfindet.

Das Lösungsglühen wird vorwiegend bei austenitischen Stählen zum Lösen ausgeschiedener Bestandteile in Mischkristallen und zur Eliminierung von Spannungen bei vorausgegangener Kaltverfestigung durchgeführt.

1. Geeignete Werkstoffe

Alle Stähle

2. Vorteile des Glühens

  • Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
  • Optimierung der mechanischen Bearbeitung (spanlose und spanabhebende)
  • Verbesserung der Gefügezustände zur Kaltumformung
  • Verringerung der Be- und Verarbeitungsspannung
  • Wiederherstellung des Ausgangszustandes

3. Prüfungen

  • Härteprüfung (Brinell)
  • Metallographische Untersuchung
  • und auf besonderen Wunsch Zugfestigkeitsprüfung

4. Kundenangaben zur Wärmebehandlung (Glühen)

Zur Durchführung des Glühens benötigt der Lohnhärter folgende Angaben:
  1. Werkstoffbezeichnung
  2. Gefügefestigkeit
  3. Glühverfahren
  4. Glühgefüge

Weitere, für das Glühverfahren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.