FACHBEGRIFFE HÄRTEN
Alphabetische Übersicht von Fachbegriffen und Prozesse aus der Welt des Härtens.
Verschiedene Begriffe und Konzepte, die bei der Wärmebehandlung von Werkstoffen verwendet werden. Einige stehen nicht in direktem Zusammenhang, sind aber aufgeführt, weil sie indirekt zum Thema gehören.
Abschrecken – schnelles Abkühlenin Wasser oder Öl.
Anlassen – die beim Härten entstandenen Spannungen werden durch erneutes Erhitzen bei ca. 200-300 ºC für etwa eine halbe bis zwei Stunden abgebaut, wobei ein leichter Härteverlust eintritt.
Aufkohlen – (Teil des Einsatzhärtungsprozesses) Dabei wird in die Randzone eines kohlenstoffarmen Stahls Kohlenstoff (über ein Gas, Pulver oder Salz) bei etwa 900 °C eingebracht. Nach dem anschließenden Härten durch schnelles Abkühlen entsteht eine bis zu 3 mm dicke harte Schicht.
Aufheizen – Erhitzen bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur in der äußeren Schicht.
Ausscheidungshärten (auch Auslagern, Aushärten) – gehärteter Stahl wird einer Temperatur von bis zu ca. 120 ºC. Zwischenzeitliche Abkühlung in kaltem Wasser, um möglichst langsame Veränderungen des Feingefüges zu vermeiden, die auf Dauer zu kleinen Größenänderungen (z.B. Kalibern) führen könnten. Eine stärkere Wirkung wird durch Tiefkühlung erzielt.
Austenit – Gefüge des Stahls bei Härtetemperatur, d.h. kurz vor dem Abschrecken (Ausnahme: rostfreier Stahl).
Austenitisieren – Erreichen der Härtetemperatur und Halten dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit.
Bainithärtung – nach dem Austenitisieren werden die Werkstücke in einem heißen Medium von ca. 240 – 350 ºC abgekühlt und dann lange Zeit (60 – 180 Minuten) auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend kühlen sie an der Luft weiter auf Raumtemperatur ab, um eine maximale Zähigkeit zu erreichen. Ein Anlassen ist danach nicht mehr erforderlich.
Entkohlung – Ausbrennen des Kohlenstoffs aus der Stahloberfläche im glühenden Zustand, was u.a. ein unschönes Aussehen (Abplatzen) und eine unzureichende Härte verursacht. Daher sollte die vorhandene Luft so weit wie möglich von der Stahloberfläche ferngehalten werden, z. B. durch Erhitzen unter Schutzgas oder unter Vakuum.
Ferrit – Gefügebestandteil von Stahl oder Gusseisen.
Ferritisieren – Nitrocarburieren in einem Whirlpool-Ofen.
Flammhärten – dabei wird die Stahloberfläche mit einem Brenner schnell auf eine Tiefe von 2 bis 10 mm erhitzt und unmittelbar danach mit Wasserspritzern abgeschreckt. Das Verfahren wird vor allem im Maschinenbau bei niedrig legierten Stählen wie C45 oder 1.7033 eingesetzt. Kantenmesser und Temper- oder Sphäroguss können auch flammgehärtet oder induktiv gehärtet werden.
Formveränderung (Warping) – Veränderung der Größe oder Form eines Werkstücks durch Wärmebehandlung.
Gasnitrieren – nur Einbringen von Stickstoff bis zu einer Tiefe von ca. 0,5 mm, das Verfahren dauert sehr lange und ist nur für spezielle Nitrierstähle anwendbar.
Geschütztes Härten – in Öfen, die mit einer Retorte ausgestattet sind, wird das Werkstück unter einer Schutzgasatmosphäre gehärtet, die die Oberfläche nicht beeinflusst. Anstelle von Schutzgasen können auch so genannte Aktivgase zugeführt werden, die z. B. das Nitrieren oder Karbonisieren ermöglichen.
Glühen – nach dem Härten führt das Hochanlassen (bei ca. 500 – 630 ºC) zu einem „zähharten“ Feinschliffgefüge. Das Verfahren findet große Anwendung im Maschinen- und Motorenbau.
Härten – Austenitisieren und Abkühlen mit einer solchen Geschwindigkeit, dass in einem großen Teil des Werkstücks ein Härteanstieg durch Martensitbildung erfolgt.
Härtetiefe – je nach Legierung, Werkstückgröße und Kühlmedium härtet der Stahl bis zum Kern oder bis zu einer bestimmten Tiefe. Die Härtetiefe wird mit Hilfe des Jominy-Tests bestimmt.
Induktionshärten – über eine Stromspule wird durch das magnetische Wechselfeld und den Widerstand des Stahls Wärme entwickelt und der Stahl kann bis zu einer bestimmten Tiefe unter der Oberfläche gehärtet werden (etwa 1 bis 5 mm). Dieses Verfahren ist für relativ geringe Härtetiefen geeignet.
Kammeröfen – gas- oder elektrisch beheizt. Diese Ofentypen sind im Werkzeugbau, beim Glühen und in vielen anderen Industriezweigen weit verbreitet.
Karbonitrieren – Einlagerung von Kohlenstoff und Stickstoff in den Stahl, wobei die Kohlenstoffaufnahme überwiegt. Die Arbeitstemperatur liegt bei etwa 870 ºC und es wird schnell eine Schichtdicke von etwa 0,2 mm erreicht.
Kohlenstoff – ein unverzichtbares Element, das zum Härten von Stahl benötigt wird. Der weiche Kohlenstoff (Graphit) ist nicht als solcher im Stahl vorhanden, sondern hat sich mit dem vorhandenen Eisen (Ferrit) verbunden, um Eisenkarbid zu bilden.
Ledeburit – ein Überschuss an Kohlenstoff, der außerhalb des Zementits als sogenannte Doppel- oder Komplexkarbide vorliegt. Ledeburit ist schwer auflösbar und sehr hart.
Martensit – Gefüge von Stahl nach dem Härten.
Nitrocarburieren – Einlagerung von Stickstoff und Kohlenstoff in den Stahl, wobei die Stickstoffaufnahme überwiegt. Hier sind viele Varianten möglich. Diese Verfahren werden als Salzbadnitrierung, Weichnitrierung, Pulvernitrierung, Nikotrierung, Tenivierung, Cyanierung, Ferritrierung, usw. bezeichnet.
Nitrieren – in die Stahloberfläche diffundiert während eines Glühvorgangs (ca. 500-550 ºC) aus einem Stickstoff freisetzenden Medium Stickstoff, der eine dünne (im Mikrometerbereich) besonders verschleißfeste Schicht bildet.
Perlit – Ausgangsstruktur von Stahl im weichen Zustand, bestehend aus Ferrit und Eisen-/Kohlenstoffkarbiden (dem so genannten Cementit).
Polymere – synthetische Abschreckmittel mit einstellbarer Abkühlgeschwindigkeit.
Restaustenit – beim Härten wird nicht der gesamte Austenit in harten Martensit umgewandelt (je nach Legierung und gewählter Härtetemperatur), so dass ein gewisser Prozentsatz an Restaustenit übrig bleibt.
Salzbadöfen – hier wird der Stahl nach dem Vorwärmen in einem Heißluftofen bei ca. 500 ºC in einen Tiegel mit einem speziellen flüssigen Salz gehängt und anschließend auf Härtetemperatur gebracht. Durch den direkten Kontakt mit dem Salz erhält man einen besonders intensiven und präzisen Wärmeübergang, und es kann auch beim Abschrecken keine Entkohlung stattfinden. Denn es bleibt immer ein schützender Salzfilm auf dem Werkstück. Man kann das Medium gut regulieren und sowohl eine inerte als auch eine verkohlende Atmosphäre schaffen.
Schachtöfen – Öfen mit zylindrischem Querschnitt, die häufig in den Boden eingelassen sind. Sie eignen sich besonders für die Wärmebehandlung von langen und stangenförmigen Werkstücken.
Silberstahl – hat nichts mit Silber zu tun, sondern ist hochglanzpoliertes Stangenmaterial von etwa 1 bis 30 mm Durchmesser, das zur Herstellung von Spezialbohrern, Spindeln und Kleinteilen im Geräte- und Apparatebau verwendet wird. Meist in zwei Sorten erhältlich: unlegiert mit ca. 1% C (z.B. 1.1545) und legiert wie 1.2210.
Stufenhärten – nach dem Austenitisieren Abkühlung in einem heißen Medium von ca. 180 – 200 ºC, kurzes Verweilen auf der Temperatur (ca. 5-15 Minuten) und dann Abkühlung an Luft. Danach ist noch ein Anlassen erforderlich. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Verformung zu minimieren und die Gefahr der Rissbildung zu vermeiden.
Tiefkühlung – Einbringen des Stahls in flüssigen Stickstoff unmittelbar nach dem Härten, z. B. um eine möglichst vollständige Umwandlung von Austenit in Martensit zu erreichen.
Thermochemische Härtungsprozesse – Sammelbegriff für Prozesse, bei denen andere Elemente von außen in die Stahloberfläche diffundieren, z.B. Nitrieren, Karbonisieren, Inchromieren, etc.
Umluftöfen – ausgestattet mit einem Ventilator, der eine gute Wärmeübertragung auch bei niedrigeren Temperaturen gewährleistet. Temperaturbereich ca. 50 – 650 ºC.
Vakuumhärtung – Hierbei wird das Bauteil in einem Ofen mit Vakuumretorte erhitzt. Da die Luft aus der Retorte abgepumpt wird, bleibt die Oberfläche völlig blank. Diese umweltfreundliche Härtungsmethode findet immer mehr Anwendung. Nachdem das Werkstück unter Vakuum austenitisiert wurde, wird es unter hohem Druck mit Stickstoff abgeschreckt. Dabei werden Geschwindigkeiten erreicht, bei denen eine Ölkühlung ersetzt werden kann. Zum Aufkohlen oder Nitrieren können auch Aktivgase zugeführt werden.
Verkohlen – siehe unter Karbonisierung.
Wirbelbett-Wärmebehandlung– ähneln in Bezug auf die Wärmeübertragung den Salzbädern. Anstelle von Flüssigsalz wird Tonerdepulver verwendet, das nach dem Erhitzen mit Druckluft umspült wird. Das Pulver gerät in Bewegung (wird verwirbelt) und verhält sich dann wie eine Flüssigkeit. Es handelt sich um ein umweltfreundliches Verfahren und es können auch Aktivgase zugeführt werden, mit denen karbonisiert oder nitrokarbonisiert wird.
Zementit – Bindung zwischen Eisen und Kohlenstoff. Viele Elemente können sich mit Kohlenstoff verbinden, aber eine begrenzte Anzahl bildet sogenannte Karbide, die Bezeichnung ist für Verbindungen von Kohlenstoff mit Metallen reserviert (z. B. Chromkarbide, Vanadiumkarbide usw.).