Wärmebehandlung
Was ist Einsatzhärten — und wann wird es angewendet?
Beim Einsatzhärten wird kohlenstoffarmer Stahl bei etwa 880 bis 950 °C in einer kohlenstoffabgebenden Atmosphäre aufgekohlt und anschließend gehärtet. Der Rand erreicht rund 55 bis 62 HRC, der Kern bleibt zäh. Typische Einsatzhärtungstiefen liegen je nach Bauteil zwischen wenigen Zehntelmillimetern und mehreren Millimetern.
Passende Leistungen
So läuft der Prozess ab
Einsatzstähle enthalten von Haus aus wenig Kohlenstoff und sind deshalb nicht härtbar. Beim Aufkohlen diffundiert Kohlenstoff aus einem Gas, einem Salzbad oder — beim Niederdruckaufkohlen — aus einem Kohlenwasserstoff im Vakuum in die Randschicht ein. Übliche Randkohlenstoffgehalte liegen bei 0,5 bis 0,85 Prozent, also im gut härtbaren Bereich.
Danach wird abgeschreckt: entweder direkt aus der Aufkohlungstemperatur, oder nach dem Abkühlen mit erneutem Erwärmen auf Härtetemperatur, was ein feineres Gefüge und weniger Verzug ergibt. Ein niedriges Anlassen baut anschließend Spannungen ab, ohne die Randhärte zu verlieren. Beim Carbonitrieren wird zusätzlich Stickstoff eingebracht, was flachere Schichten bei niedrigerer Temperatur erlaubt.
Einsatzhärtungstiefe richtig angeben
Die Härte fällt vom Rand zum Kern kontinuierlich ab. Damit die Vorgabe eindeutig ist, wird die Einsatzhärtungstiefe über eine Grenzhärte definiert — üblich sind 550 HV. Die Angabe CHD550 = 0,6 bis 0,9 bedeutet also: Bis in eine Tiefe von 0,6 bis 0,9 Millimetern liegt die Vickershärte über 550 HV.
In der Praxis werden meist Tiefen zwischen etwa 0,2 und 1,5 Millimetern gefordert, bei großen Zahnrädern auch mehr. Gebräuchliche Werkstoffe sind C15, 16MnCr5, 20MnCr5 und 18CrNiMo7-6. Auf die Zeichnung gehören Werkstoff, Verfahren, geforderte Randhärte, Einsatzhärtungstiefe mit Grenzhärte, Kernhärte sowie Flächen, die weich bleiben sollen.
Wann sich das Verfahren lohnt
Einsatzhärten ist die erste Wahl, wenn eine harte, verschleißfeste Oberfläche mit einem stoßfesten Kern kombiniert werden muss:
- Zahnräder, Ritzel und Verzahnungen mit hoher Flankenpressung
- Wellen, Bolzen, Buchsen und Laufflächen
- Ketten- und Getriebeteile mit Schlagbelastung
Zu beachten ist der Verzug: Weil abgeschreckt wird, verändern sich Maße und Form. Funktionsflächen erhalten deshalb eine Schleifzugabe, die nach dem Härten abgearbeitet wird — die Zugabe muss aber kleiner bleiben als die gehärtete Schicht. Flächen, die nicht aufgekohlt werden dürfen, lassen sich mit Pasten abdecken oder werden mit Aufmaß gefertigt und anschließend abgearbeitet. Einsatzhärten ist eine Fremdleistung spezialisierter Härtereien; die Abstimmung erfolgt über Zeichnung und Härtevorschrift.
Das Wichtigste in Kürze
- Aufkohlen bei 880 bis 950 °C, danach härten — harter Rand, zäher Kern.
- Randhärten liegen typisch bei 55 bis 62 HRC, Randkohlenstoff bei 0,5 bis 0,85 Prozent.
- Die Einsatzhärtungstiefe wird über eine Grenzhärte angegeben, meist CHD550.
- Schleifzugabe nach dem Härten einplanen — aber nie tiefer als die gehärtete Schicht.
Weitere Fragen dazu
Worin unterscheiden sich Einsatzhärten und Randschichthärten?
Beim Einsatzhärten wird die Randzone chemisch verändert, weil Kohlenstoff eindiffundiert. Beim Randschichthärten mit Induktor, Flamme oder Laser bleibt die Zusammensetzung gleich und nur die Erwärmung wird örtlich begrenzt. Randschichthärten setzt deshalb einen Stahl mit ausreichend eigenem Kohlenstoff voraus.
Lassen sich einsatzgehärtete Teile nachträglich noch bearbeiten?
Zerspanen mit üblichen Werkzeugen ist nach dem Härten kaum noch möglich. Machbar bleiben Schleifen, Hartdrehen und Erodieren, jeweils mit begrenzter Zugabe. Gewinde, Bohrungen und Freistiche werden deshalb vor der Wärmebehandlung fertiggestellt oder gezielt abgedeckt.
Warum wird eine Kernhärte mit angegeben?
Der Kern trägt die Biege- und Stoßbelastung und darf weder zu weich noch zu spröde sein. Über die Kernhärte wird deshalb die Tragfähigkeit unter der harten Schicht abgesichert. Sie ergibt sich aus Werkstoffwahl, Querschnitt und Abschreckbedingungen und wird an einer definierten Stelle gemessen.
Verwandte Fragen
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