Einführung in die Warmebehandlung
Warmebehandlungsverfahren
 
Härten
 
Härten bedeutet Erwärmen und Halten der Werk-stücke auf einer Temperatur, bei welcher das Gefüge austenitisch wird. Ein Teil der vorhandenen Carbide löst sich dabei auf. Das Abschrecken erfolgt mit einer solchen Geschwindigkeit, dass eine martensitische Struktur entsteht. Infolgedessen steigen Harte und Festigkeit an, die Zähigkeit jedoch verringert sich.
 
 
Bainitisieren
 
Im Unterschied zum Härten wird beim Bainitisieren nach dem Austenitisieren nur auf eine Temperatur oberhalb von ca. 200°C abgeschreckt. So entsteht nach ausreichend langem Halten auf dieser Temperatur eine bainitische Struktur. Im Vergleich zum Härten wird bei geeigneten Stählen etwa dieselbe Harte erreicht, die Zähigkeit jedoch ist höher. Die Strukturumwandlung ist vollständiger (kein Restaustenit) und die Maß- und Formänderungen sind meist geringer.
 
Anlassen
 
Anlassen heißt Erwärmen auf Temperaturen zwischen 180 und 600°C, Halten auf dieser Temperatur für mindestens eine Stunde und langsames Abkühlen auf Raumtemperatur. Es dient dazu, die Verzerrungen der martensitischen Struktur und damit die Rissgefahr etwas zu verringern sowie eventuell vorhandenen Restaustenit zu beseitigen. Das martensitische Gefüge verliert dadurch an Härte und die Zähigkeit nimmt zu. Das Anlassen erfolgt nach dem Härten, Einsatz­ oder Randschichthärten, nicht jedoch nach dem Bainitisieren. Beim Anlassen im oberen Temperaturbereich spricht man von Vergüten. Hierbei kommt es darauf an, eine bestimmte Relation zwischen Härte (Festigkeit) und Zähigkeit einzustellen.
 
 
Randschichthärten
 
Bei diesem Verfahren wird nur die Randschicht des Werkstücks austenitisiert und abgeschreckt. Das Erwärmen kann induktiv, konduktiv, mit einer Flamme, mit dem Laser­ oder dem Elektronenstrahl erfolgen. Es entsteht ein Härteprofil mit höherer Härte am Rand und niedrigerer Härte im Kern des Werkstücks. Das Profil wird durch die Einhärtungstiefe (Rht) gekennzeichnet. Im Anschluss daran erfolgt gegebenenfalls ein Anlassen. In der gehärteten Randschicht liegen Druck-Eigenspannungen vor. Diese führen in Verbindung mit der höheren Randhärte zu einer höheren Schwingfestigkeit.
 
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Einführung in die Wärmebehandlung
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Einsatzhärten
 
Zum Einsatzhärten werden i. Allg. Stähle mit relativ geringem Kohlenstoffgehalt verwendet (Einsatzstähle). Diese lassen sich leicht spanend bearbeiten und gut umformen. Durch Aufkohlen wird erst einmal ein Kohlenstoffgehalt von ca. 0,60 Masseprozent in der Randschicht eingestellt. Im Anschluss daran erfolgt ein Harten und Anlassen. Analog zum Randschichthärten ergibt sich ein Härteprofil mit höherer Rand- und niedri­gerer Kernhärte. Das Profil wird durch die Einsatz- härtungstiefe (Eht) gekennzeichnet. Einsatzgehärtete Werkstücke besitzen hohe Druckeigenspannungen in der Randschicht, wodurch die Schwingfestigkeit gesteigert wird.
 
 
Nitrieren und Nitrocarburieren
 
Bei diesen Verfahren handelt es sich um Diffusions-behandlungen, bei welchen die Randschicht von Bauteilen und Werkzeugen mit Stickstoff (Nitrieren) oder Stickstoff und Kohlenstoff (Nitrocarburieren) angereichert werden. Die übliche Behandlungstem-peratur liegt im Bereich zwischen 500 bis 580°C. Durch eine Plasmaunterstützung kann auch mit dem normalerweise inerten Stickstoff aufgestickt werden und es ist möglich, auch sehr hoch legierte Stahle bei Temperaturen unterhalb 500°C zu nitrieren. Außerdem kann relativ einfach ein örtlich begrenztes Aufsticken durchgeführt werden. Direkt unter der Oberflache entsteht eine einige µm dicke Nitridschicht, die als Verbindungsschicht (VS) bezeichnet wird. Daran schließt sich die mehrere Zehntel mm dicke Diffusionsschicht an. Die VS hat eine Härte von 700 bis über 1000 HV und ist durch ihre spezifische Struktur verschleißfest (Abrieb, Fressen, Passungsrost) und in Grenzen korrosionsbeständig (Salznebel, Industrieklima). Die Diffusionsschicht besitzt gegenüber dem Ausgangszustand ebenfalls eine höhere Härte und Festigkeit, sie erhöht die Dauerschwingfestigkeit.
Es liegt ebenfalls ein Härteprofil vor, das durch die Nitrierhärtetiefe (Nht) gekennzeichnet wird.
 
Glühen
 
GIühen bedeutet Erwärmen des Werkstoffs auf eine zweckentsprechende Temperatur, Halten auf dieser und zweckentsprechendem Abkühlen. Es werden unterschiedliche Ziele verfolgt: mit dem Rekristallisa-tionsglühen, dem Weichglühen und dem GKZ-GIühen wird die Verarbeitbarkeit insbesondere bei den spanlosen Formgebungsverfahren verbessert. Spannungsarmglühen, Normalglühen und Dehydrieren werden
 
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Einführung in die Wärmebehandlung

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zur Verbesserung bestimmter Bauteileigenschaften angewendet. Nach dem jeweiligen GIühverfahren richten sich die GIühtemperatur (i. AIig. zwischen 230°C beim Dehydrieren und ca. 900°C beim NormalgIühen), die GIühdauer (z.B. GKZ-GIühen 4 h) und die Abkühlgeschwindigkeit.
 
Borieren
 
Auch das Borieren ist eine Diffusionsbehandlung. Bei dieser wird die Randschicht des Werkstücks mit Bor angereichert, so dass eine mehrere Hundertstel mm dicke Boridschicht entsteht. Sie besitzt eine Harte von ca. 2000 HV und ist extrem abriebbeständig.
Die Prozesstemperatur liegt bei etwa 900 bis 950°C. Dies entspricht der Härtetemperatur vieler Stähle, so dass durch geeignetes Abkühlen härtbare Stähle zusätzlich noch gehärtet werden können.
 
Tiefkuhlen
 
Bei Stählen oder aufgekohlten Werkstücken mit Kohlenstoffgehalten über 0,6 Masse-% wird beim Abschrecken auf Raumtemperatur das Ende der Austenitumwandlung in Martensit nicht erreicht.
Dies kann die erforderliche Härte und die Maßstabilität je nach den Einsatzbedingungen (Temperaturwechsel, tiefe Temperaturen, hohe Betriebstemperaturen, Beanspruchnung) beeinträchtigen. Das Tiefkühlen (evt. mit Temperaturen bis -196°C) dient dazu, vorhandenen Restaustenit in Martensit umzuwandeln.
 
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Beratung / Werkstofftechnik 
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