Wärmebehandlung von Stahl
Etablierte Verfahren und ihre Besonderheiten

Die Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit von Eisenwerkstoffen lässt sich durch verschiedene Verfahren steigern. Thermische und thermochemische Arten der Wärmebehandlung von Stahl verändern das Gefüge bzw. die Oberfläche des Materials. Wir erklären, welche Wärmebehandlungsverfahren zum Härten von Stahl genutzt werden können und warum wir als Härterei eine ganz bestimmte Form der Wärmebehandlung bevorzugen.

 

Einsatzhärten

Das Erhöhen der Härte durch Einsatzhärten eignet sich insbesondere für Stähle mit einem geringen Anteil an Kohlenstoff (legiert oder unlegiert). Zur Wärmebehandlung gehören drei Schritte: Aufkohlen, Härten bzw. Abschrecken und Anlassen. Beim Aufkohlen wird der Stahl zuerst erhitzt, bis er sich in austenitischem Zustand befindet. Der dann zugeführte Kohlenstoff kann sich so besser in der Oberfläche anreichern. Ist dies in gewünschtem Maß erfolgt, wird die Temperatur des Werkstücks zügig gesenkt – zum Beispiel unter Einsatz von Wasser, Härteölen oder gasförmigen Medien. Beim Härten entsteht eine Oberfläche mit spezifischer Randhärte und Einsatzhärtungstiefe (abhängig vom Stahl, der eingestellten Aufkohlungstiefe und Abschreckintensität). 

Mit dem abschließenden Anlassen, sprich erneuten Erwärmen des Werkstoffs, wird die Oberfläche zugunsten einer verbesserten Duktilität, Härte und Festigkeit verändert.

 

Glühen

Die Veränderung der Stoffeigenschaften durch Glühen umfasst drei Schritte: Anwärmen, Halten und Abkühlen. Der Werkstoff wird zuerst auf die Zieltemperatur (abhängig vom Material und gewünschten Ergebnis) gebracht. Diese Temperatur wird anschließend eine Zeit lang gehalten. Die Dauer der Haltezeit hängt vom Werkstoff und den zu erzielenden Eigenschaften ab. Nach Ablauf der Haltezeit kühlt der Stahl ab, bis er wieder die Umgebungstemperatur erreicht hat.

Das Verfahren kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden – zum Beispiel in Form von Weichglühen (bei Temperaturen von 650 °C – 750 °C, Ausscheidungen von Zementit oder Perlit werden reduziert), Spannungsarmglühen (Temperaturen zwischen 480 °C und 680 °C, Eigenspannungen des Stahls werden beseitigt) und Normalglühen (Bildung eines feinkörnigen Kristalliten-Gefüges bei knapp 800 °C bis 950 °C.

 

Vergüten

Das Vergüten von Stahl ist eine kombinierte Wärmebehandlung, bestehend aus den Arbeitsschritten Härten, Abschrecken und Anlassen. Sie eignet sich nicht nur zur Veränderung der Eigenschaften von Stahl, sondern z. B. auch zur Behandlung von Titanlegierungen.

 

Nitrieren

Die thermochemische Wärmebehandlung von Stahl durch Nitrieren erfolgt unter Einsatz von Stickstoff. Analog der Zufuhr von Kohlenstoff beim Aufkohlen, diffundiert bei diesem Verfahren Stickstoff in die Oberfläche des Werkstoffs. Als Ergebnis entsteht eine Nitrierschicht, die dem Stahl erhöhte Härte und Korrosionsbeständigkeit schenkt. 

Grundsätzlich kann die Behandlung auf drei verschiedene Arten durchgeführt werden: durch Gasnitrieren, Badnitrieren und Plasmanitrieren. Unsere Härterei hat sich aufgrund der zahlreichen Vorteile der Wärmebehandlung im Plasma auf dieses Härteverfahren spezialisiert.

Das Plasmanitrieren erfolgt bei vergleichsweise niedrigen Prozesstemperaturen und Behandlungszeiten. Im Vergleich zu den Ergebnissen des Gas- und Badnitrierens sind die erzeugten Schichten deutlich weniger spröde und porös. Die Endreinigung und Oberflächenaktivierung erfolgt im Plasma. Nacharbeit wird durch das Verfahren minimiert oder entfällt gänzlich. Auch eine Nachreinigung ist nicht erforderlich. 

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