Härten von Stahl
Formen der Wärmebehandlung und ihr Effekt

Härteverfahren verhelfen Stahl zu bestimmten Materialeigenschaften, die für viele Anwendungsbereiche von essenzieller Bedeutung sind. Um die Härte und Korrosionsbeständigkeit eines Werkstücks zu erhöhen, stehen verschiedene Verfahren zur Wahl. Welche Arten der Wärmebehandlung sich unterscheiden lassen und weshalb wir uns auf das Härten von Stahl durch Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren spezialisiert haben, erklären wir nachfolgend in aller Kürze.

 

Festigkeit von Stahl erhöhen: Thermische und thermochemische Behandlungen

Der Begriff Wärmebehandlung fasst unterschiedliche Verfahren, bei denen die Eigenschaften der Oberfläche oder das gesamte Materialgefüge eines Werkstoffs durch ein kontrolliertes Erwärmen und Abschrecken (mithilfe von Wasser, Härteöl oder gasförmigen Medien) verändert werden. 

 

Thermische Härteverfahren

Die thermische Wärmebehandlung macht sich die Effekte zunutze, die wechselnde Temperaturen auf Stahl haben. Die Höhe der Temperatur, auf die der Werkstoff erwärmt wird, nimmt dabei ebenso Einfluss auf die Materialeigenschaften des Stahls wie Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit.

Das Gefüge von Stahl kann z. B. durch folgende Behandlungen beeinflusst werden:

  • Vergüten
  • Glühen
  • Randschichthärten

Ein Arbeitsschritt, der sich häufig an den eigentlichen Härtungsprozess anschließt, ist das Anlassen des Werkstoffs. Dieses erneute Erwärmen verändert das beim Härten erzeugte Martensit-Gefüge zugunsten einer verbesserten Duktilität.

 

Thermochemische Härteverfahren

Bei der thermochemischen Wärmebehandlung kommen zusätzlich bestimmte chemische Stoffe zum Einsatz, die während der Behandlung in die Oberfläche des Stahls diffundieren und sie verändern. Die dadurch gebildete Randschicht verfügt über eine erhöhte Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. 

In der thermochemischen Wärmebehandlung können unter anderem folgende Stoffe zugeführt werden:

  • Kohlenstoff (= Carburieren bzw. Aufkohlen)
  • Stickstoff (= Nitrieren)
  • Bor (= Borieren)
  • Stickstoff und Kohlenstoff (= Nitrocarburieren)

Auf den Ferrit-Kern des Stahls nehmen thermochemische Behandlungsmethoden keinen Einfluss, lediglich die Eigenschaften der Randschicht werden verändert.

Beim Einsatzhärten, einem klassischen thermochemischen Härteverfahren, wird das Werkstück durch Aufkohlen, Abschrecken und Anlassen bearbeitet. Um dabei eine maximale Aufnahmefähigkeit des Kohlenstoffs zu ermöglichen, wird der Stahl anfangs bis auf eine Temperatur erwärmt, die über dem Umwandlungspunkt Ac3 liegt. Oberhalb dieser Temperatur bildet der Stahl eine kubisch-flächenzentrierte Modifikation (= Austenit-Gefüge) und kann so eine besonders hohe Menge Kohlenstoff binden.

 

Wärmebehandlung durch Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren

Die Wärmebehandlung im Plasma als Sonderform der Nitrierens und Nitrocarburierens ermöglicht eine präzise Anpassung des Schichtaufbaus der erzeugten Oberfläche. Die beim Plasmanitrieren gebildete Randschicht ist außerdem deutlich weniger spröde als die einer durch Gas- oder Badnitrieren bearbeitete Oberfläche.

Welche Oberflächenhärte und Nitrierhärtetiefe erreicht werden kann, hängt unter anderem von der Legierung des Stahls ab. Für einige Stähle und Anwendungsfälle (insbesondere un- und niedriglegierte Stähle, Anwendungen mit besonderer Verschleißbeanspruchung) empfiehlt sich eine Behandlung durch Plasmanitrocarburieren.

 

Vergleichsweise niedrige Temperaturen, kürzere Behandlungszeiten und wenig bis keine Nacharbeit – das sind nur einige Vorteile des Plasmanitrierens. Zahlreiche Kunden aus Automobil-, Werkzeug- und Maschinenbau sind von den Ergebnissen der Wärmebehandlung im Plasma überzeugt. Gern informieren wir auch Sie über das leistungsstarke Verfahren.

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