Einsatzhärten: Vorteile, Verfahren, Arten & Anwendungen

Die für die Fertigung von Bauteilen verwendeten Metalle werden durch verschiedene Verfahren gehärtet. Die Notwendigkeit, diese Metalle zu härten, ergibt sich aus den Anforderungen der Anwendungen, damit die Metallteile dauerhaft und fest bleiben. Wenn Sie mehr über das Einsatzhärten erfahren möchten, lesen Sie den folgenden Leitfaden.

Überblick über das Einsatzhärten

Was ist Einsatzhärten?

Einsatzhärten ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Metallobjekt an der Außenschicht gehärtet wird, während der Kern weich bleibt. Es entsteht eine harte Schicht auf der Oberfläche, die das Bauteil widerstandsfähig gegen Ermüdung und Verschleiß macht.

Für das Einsatzhärten werden üblicherweise kohlenstoffarmer Stahl oder Eisen verwendet. Das eingesetzte Material bestimmt die vom Endprodukt geforderte Qualität. Für das Einsatzhärten stehen mehrere Verfahren zur Verfügung, darunter Nitrieren, Karbonitrieren, Aufkohlen und Zyanidieren.

Zweck des Einsatzhärtens

Einsatzhärten ist ein Verfahren, bei dem das Material so behandelt wird, dass seine Außenfläche hart wird, während der Kern weich bleibt. Es entsteht eine dünne Schicht auf dem Bauteil, die es fest macht.

Einsatzhärten erhöht die Dauerfestigkeit des Metalls und macht es zäh und verschleißfest. Das Einsatzhärten macht das Bauteil zudem leistungsfähiger und schweißbar.

Vorteile des Einsatzhärtens

Das Einsatzhärten bietet einige Vorteile, die im Folgenden aufgeführt sind:

• Durch das Aufbringen einer Schicht aus hartem Material erhöht sich die Widerstandsfähigkeit der Teile, was sie langlebig macht.
• Eine harte Deckschicht auf dem Bauteil macht es für Anwendungen mit hochbelasteten Teilen bearbeitbar.
• Einsatzhärten macht die Bauteile widerstandsfähig gegen Bruch und Rissbildung und macht sie schweißbar.
• Es wird eine vorgeschriebene Schicht auf die Oberfläche aufgebracht, die den Korrosionswiderstand erhöht.
• Das Erscheinungsbild des Stahls wird durch das Einsatzhärten verbessert, da es ihm einen glänzenden Look verleiht.

Nachteile des Einsatzhärtens

Das Einsatzhärten hat nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile. Einige der Nachteile dieses Verfahrens sind folgende:

• Das Verfahren ist teuer und erfordert Fachkenntnisse sowie spezielle Werkzeuge.
• Beim Verfahren treten Schwankungen der Härte auf, die die Festigkeit des Metalls beeinflussen. Das Metall kann während des Prozesses verformt werden.
• Auch die Gefahr von Rissen und Abplatzungen steigt, was die Lebensdauer des Metalls beeinträchtigt.
• Die Korrosionsanfälligkeit des Metalls erhöht sich, wenn das Verfahren unsachgemäß durchgeführt wird.

Ablauf des Einsatzhärtens

Das Einsatzhärten kann in vier Schritten durchgeführt werden, die im Folgenden beschrieben sind:

Aktivierung

Die passive Oxidschicht wird entfernt, die die Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff an der Stahloberfläche verhindert, und die Oberfläche wird aktiviert.

Beschichtung

Auf die aktive Oberfläche wird anschließend eine Schicht aus Kohlenstoff oder Stickstoff aufgebracht, was die Diffusion verbessert.

Diffusion

Das Stahlbauteil wird über viele Stunden bei einer Temperatur von über 900 Grad Celsius erhitzt, wobei die Umgebung reich an Stickstoff und Kohlenstoff ist. Anschließend bleibt eine Schicht aus gehärtetem Stahl zurück, sodass Kohlenstoff- und Stickstoffatome an der Oberfläche auftreten.

Härten

Das einsatzgehärtete Teil wird zum Anlassen und Abschrecken behandelt, um die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zu verbessern.

Arten von Einsatzhärteverfahren

Für das Härten von Stahl durch Einsatzhärten stehen verschiedene Verfahren zur Auswahl, die im Folgenden erläutert werden.

Erhitzen und Abschrecken

Um bestimmte Materialeigenschaften wie Härte zu erzielen, wird das Erhitzen und Abschrecken eingesetzt. Es handelt sich um ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Metall zunächst auf eine hohe Temperatur erhitzt und anschließend in Flüssigkeit abgekühlt wird. Durch dieses Erhitzen und Abkühlen härten die Metalle aus und ihre strukturellen Eigenschaften verändern sich.

Aufkohlen

Kohlenstoffarmer Stahl besteht überwiegend aus Metall, das sich zum Aufkohlen eignet. Beim Aufkohlen wird das Metall in einer kohlenstoffhaltigen Umgebung erhitzt, wodurch sich eine Schicht auf der Metalloberfläche bildet. Es gibt verschiedene Aufkohlungsverfahren, die Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit erhöhen.

Nitrieren

Das Nitrieren ist ein Verfahren, das häufig bei niedrig legierten Stahlsorten gewählt wird. Diese Metalle werden in einer stickstoffhaltigen Umgebung erhitzt; manchmal wird der Stickstoff durch elektrische Entladung eingebracht. Beim Nitrieren kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, die Reibung, Härte und Festigkeit verbessern.

Karbonitrieren (Zyankalium-Härten)

Beim Zyankalium-Härten wird eine Eisenlegierung in Zyankalisalz erhitzt, wobei die Oberfläche der Legierung Stickstoff und Kohlenstoff aufnimmt. Anschließend folgen Anlassen und Abschrecken, um die erforderliche Zähigkeit zu erreichen.

Karbonitrieren

Beim Karbonitrieren wird das Metall in Gegenwart von Stickstoff und Kohlenstoff erhitzt, wobei diese beiden Elemente in die Metalloberfläche eindringen. Dies führt zum Einsatzhärten. Durch das Karbonitrieren erhält das Bauteil Verschleißfestigkeit und Härte.

Ferritisches Nitrokarburieren

Das ferritische Nitrokarburieren erhöht die Härte verschiedener Arten von Eisen, legierten Stählen und deren Metallen. Die Bauteile werden zunächst gereinigt, und das Verfahren wird in der Ferritphase durchgeführt. Die Temperatur liegt bei etwa 570 Grad Celsius, und die Kohlenstoff- und Stickstoffschicht wird auf der Oberfläche eindiffundiert.

Welche Metallarten lassen sich einsatzhärten?

Es gibt verschiedene Metallarten, die sich einsatzhärten lassen; einige davon sind die folgenden:

Kohlenstoffarmer Stahl

Kohlenstoffarmer Stahl wird bei hoher Temperatur mit Kohlenstoff angereichert, wobei der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 0,25 % liegt. Wenn der Kohlenstoff in die Stahloberfläche eindiffundiert, steigt der Kohlenstoffgehalt und der Stahl wird härter. Der Kern des kohlenstoffarmen Stahls bleibt duktil, während die Außenschicht hart ist und Widerstand gegen Verschleiß und Korrosion bietet.

Edelstahl

Edelstahl wird gehärtet, indem bei hoher Temperatur Stickstoff und Kohlenstoff eingebracht werden. Auf diese Weise härtet die Oberfläche des Edelstahls aus und die Korrosionsbeständigkeit bleibt hoch.

Gusseisen

Gusseisen wird ebenfalls durch das Verfahren des Einsatzhärtens gehärtet, bei dem Stickstoff und Kohlenstoff bei hoher Temperatur eingebracht werden, sodass die Oberfläche hart wird. Das Einsatzhärten erhöht zudem die Verschleißfestigkeit des Metalls.

Kohlenstoffreicher Stahl

Beim Einsatzhärten von kohlenstoffreichem Stahl sind einige Vorsichtsmaßnahmen entscheidend. Der Kern muss vorab geschützt werden, und diese Legierungen müssen bei hohen Temperaturen erhitzt werden. Nach dem Erhitzen sollte ausreichend Kohlenstoff eingebracht werden, wodurch die innere Schicht duktil und die äußere Schicht hart wird.

Werkzeugstahl

Werkzeugstahl wird gehärtet, indem die Elemente eingebracht und anschließend abgeschreckt werden. Der beim Einsatzhärten verwendete Kohlenstoff beeinflusst die Härte, und auch das Abschrecken muss sorgfältig erfolgen.

Typische Anwendungen des Einsatzhärtens

Zu den Anwendungen, bei denen Einsatzhärten in Betracht gezogen wird, gehören die folgenden:

• Nockenwellen
• Werkzeugmaschinen
• Schneidwerkzeuge
• Luftfahrtteile
• Schmiedepressen
• Stangen
• Metallwalzanlagen
• Automobilteile

Fazit

Das Einsatzhärten verbessert die mechanischen Eigenschaften von Metallen auf verschiedene Weise und macht sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet. Wenn Sie Ihre Bauteile einsatzhärten lassen möchten, können wir von DEK Ihnen diesen Service anbieten. Wir bieten verschiedene Verfahren des Einsatzhärtens an und wählen sie entsprechend der Beschaffenheit Ihres Materials und den Anwendungsanforderungen aus.

Häufig gestellte Fragen

Wie hoch ist die Temperatur beim Einsatzhärten?

Die Temperatur beim Einsatzhärten liegt zwischen 871 und 954 Grad Celsius.

Wie entsteht Einsatzhärtung beim Trocknen?

Einsatzhärtung beim Trocknen tritt auf, wenn die äußere Oberflächenschicht des Metalls schneller trocknet als die innere.

Wie entfernt man die Oxidschicht von gehärteten Teilen?

Strahlen ist ein gängiges Verfahren, mit dem sich die Oxidschicht von gehärteten Teilen entfernen lässt.

Wie wird die Härte nach dem Einsatzhärten gemessen?

Die Härte wird mit verschiedenen Verfahren wie Knoop-, Vickers-, Rockwell- und Brinell-Prüfung gemessen. Die Wahl des Verfahrens hängt von Faktoren wie der geforderten Genauigkeit, dem Werkstofftyp und der Einhärtungstiefe ab.