Härten von Metall
durch Wärmebehandlung im Plasma
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, um die Oberflächenhärte und Korrosionsbeständigkeit von Metall zu optimieren. Unsere Härterei kennt sie alle – und hat sich auf ein Verfahren mit besonderen Vorteilen spezialisiert. Nachfolgend erklären wir, welche Behandlungen grundsätzlich zum Härten von Stahl durchgeführt werden können und weshalb wir auf die Wärmebehandlung im Plasma setzen.
Höhere Festigkeit für Stahl: Diese Verfahren stehen zur Verfügung
Um Stähle zu härten, stehen prinzipiell zwei verschiedene Arten von Behandlungen zur Verfügung:
Thermische Verfahren: Vergüten, Anlassen und Co.
Bei der Behandlung von Stahl durch ein thermisches Härteverfahren wird die Temperatur des Werkstücks systematisch erhöht und wieder gesenkt, um seine Materialeigenschaften zu verändern. Das Ergebnis der Härtung hängt zum einen von der Legierung des Stahls, zum anderen von der Behandlungsdauer, den herrschenden Temperaturen und der Abkühlgeschwindigkeit ab.
Klassische thermische Härteverfahren sind z. B. Glühen und Vergüten. Letzteres wiederum setzt sich aus den Arbeitsschritten Härten und Anlassen (= erneutes Erwärmen nach dem Härten zum Abbau von Spannungen).
Thermochemische Verfahren
Wird ein Werkstück aus Stahl mithilfe thermochemischer Verfahren behandelt, spielt nicht nur das Erwärmen und Abkühlen eine zentrale Rolle, sondern auch die Zufuhr bestimmter chemischer Stoffe. Diese diffundieren in die Oberfläche des Stahls und führen zur Bildung einer Randschicht mit vorteilhaften Materialeigenschaften.
Einsatzhärten zur Steigerung der Festigkeit
Ein klassisches thermochemisches Härteverfahren ist das Einsatzhärten – das Steigern der Härte von Stahl unter Einsatz von Kohlenstoff. Die Behandlung beginnt mit dem Erwärmen des Stahls bis zu einer Temperatur, bei der er eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur ausbildet (= Austenit). In diesem austenitischen Zustand kann das Werkstück besonders viel Kohlenstoff aufnehmen.
Ist die Oberfläche hinreichend mit Kohlenstoff angereichert, wird die Zufuhr beendet und die Temperatur wieder gesenkt (= Abschrecken). Die Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, nimmt Einfluss auf das spätere Behandlungsergebnis. Zum Abschrecken kann Wasser, Härteöl oder ein gasförmiges Medium verwendet werden.
Als letzter Arbeitsschritt folgt das Anlassen. Durch das erneute Erwärmen erhält das extrem harte Martensit-Gefüge der erzeugten Randschicht eine höhere Duktilität (Martensit = tetragonal raumzentriertes Gitter im Eisen, das sich aus dem aus dem kubisch-flächenzentrierten Austenit-Gitter bildet).
Stahl härten durch Nitrieren
Beim Nitrieren von Stahl diffundiert Stickstoff in die Oberfläche des Werkstücks und bewirkt eine Randschichtumwandlung – die Nitrierschicht entsteht. Ihre Verbindungschicht setzt sich aus Eisennitriden zusammen. Die Zusammensetzung der darunterliegenden Diffusionsschicht definiert die erreichbare Härte der Oberfläche (je mehr nitridbildende Elemente im Stahl, desto höher die mögliche Härte).
Stahl kann im Salzbad (= Badnitrieren) , in einer Ammoniak-Atmosphäre unter Überdruck (= Gasnitrieren) oder in einer ionisierten Gasatmosphäre (= Plasmanitrieren) nitriert werden. Die Wärmebehandlung im Plasma bietet unter diesen drei Verfahren den großen Vorteil, eine besonders kompakte und porenarme Verbindungsschicht liefern. zu können Aber auch darüber hinaus kann das Plasmanitrieren mit Vorteilen punkten:
- relativ niedrige Prozesstemperaturen
- kürzere Behandlungszeiten als beim Gasnitrieren
- verzugsarmer Prozess
- hochlegierte Stähle und Edelstähle sind gut behandelbar
- Schichtaufbau kann an die Beanspruchung angepasst werden
- Schichten sind weniger spröde und porös (im Vergleich zum Gas- und Badnitrieren)
- Endreinigung und Oberflächenaktivierung erfolgt im Plasma
- Minimierung oder Entfall der Nacharbeit, keine Nachreinigung
Grundsätzlich sind alle Stähle nitrierbar. Die exakte erzielbare Härte und Nitrierhärtetiefe hängt von der jeweiligen Legierung, Behandlungstemperatur und Haltezeit ab.
Als Experten für das Härten von Metall überzeugen wir Kunden aus Maschinen-, Automobil- und Werkzeugbau mit den Vorteilen des Plasmanitrierens. Wenn Sie mehr über die Wärmebehandlung im Plasma wissen möchten, können Sie sich gern an unser Team wenden – wir stehen Ihnen mit Expertise und Engagement zur Verfügung.