Was ist Aufkohlen: Vorteile, Verfahren, Arten und Anwendungen
Jede Anwendung stellt andere Anforderungen an die Härte des Materials, das für die Herstellung ihrer Komponenten verwendet wird. Um jedoch den entsprechenden Härtegrad zu erreichen, werden die Metalle durch Aufkohlen gehärtet.
Es gibt verschiedene Arten von Metallen, die gehärtet werden müssen, und dies wird durch den Aufkohlungsprozess erreicht. Wenn Sie wissen möchten, was Aufkohlung ist, lesen Sie den folgenden Leitfaden.
Was ist Aufkohlen?
Das Aufkohlen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Eigenschaften von Werkstoffen wie z. B. die Härte verbessert, indem der Oberfläche des Metalls Kohlenstoff hinzugefügt wird. Die Oberfläche des Metalls kann kohlenstoffarm sein, und daher ist die Zugabe von Kohlenstoff notwendig, um eine harte Beschichtung aufzubringen.
Vorteile des Aufkohlens
Die Vorteile des Aufkohlens sind vielfältig, und einige davon sind wie folgt:
- Der Prozess des Aufkohlens ist sehr einfach und kann in kürzester Zeit durchgeführt werden und erfordert nicht einmal übermäßige Fähigkeiten. Es ist auch mit mehreren Arten von Materialien kompatibel, wie Gusseisen und Kohlenstoffstahl. Es ist für komplexe Formen und Designs geeignet.
- Das Aufkohlen ist ein Verfahren, das nicht teuer ist und mit begrenztem Aufwand die Härte von Bauteilen erhöhen kann.
- Die Aufkohlung eignet sich für Großserien, da sie automatisiert ist und größere Chargen von Produkten härtet.
- Es bietet eine bessere Kontrolle der Abmessungen, und selbst nach dem Härtungsprozess ist die Verformung vernachlässigbar.
- Es verbessert die Verschleißfestigkeit und Duktilität des Werkstücks.
- Die Aufkohlung verleiht den Bauteilen eine hohe Ermüdungsfestigkeit, so dass die harte Schicht auf der Außenseite des Bauteils hohen Belastungen standhalten kann.
Prozesse des Aufkohlens
Der Prozess des Aufkohlens besteht aus den folgenden Schritten:
Zusatz von Kohlenstoff
In einem ersten Schritt wird das Bauteil gereinigt und dann in einen dicht verschlossenen Kasten gelegt, der die kohlenstoffhaltigen Materialien enthält. Zum Abdichten des Kastens kann Schamotte verwendet werden. Der Kasten wird dann im Ofen bei einer Temperatur von 925 Grad Celsius über eine Zeitspanne von etwa 10 Stunden.
Das Kohlendioxid stammt aus dem kohlenstoffhaltigen Material, das in Kohlenstoff und Kohlenmonoxid zerfällt. Der Kohlenstoff diffundiert mit dem Bauteil, das aufgekohlt wird. Das Teil nimmt den Kohlenstoff schichtweise auf, und dann wird der Kasten aus dem Ofen genommen.
Wärmebehandlung
Anschließend wird das Teil für die Wärmebehandlung erneut in den Ofen gelegt. Es wird etwa 15 Minuten lang bei einer Temperatur von 790 Grad Celsius im Ofen gehalten. Dies trägt dazu bei, das Metall in Austenit umzuwandeln, und nach der Entnahme aus dem Ofen wird das Teil in Wasser gelagert. Dies führt zu einer schnellen Abkühlung und der Entwicklung harter Strukturen.
Anlassen
Die inneren Spannungen entstehen durch die schnelle Abkühlung, und daher ist es wichtig, diese Spannungen durch Anlassen abzubauen. Sie können das Teil auf eine niedrige Temperatur erhitzen und es nach einer Stunde an der Luft abkühlen lassen.
Arten des Aufkohlens
Es gibt verschiedene Arten von Aufkohlungsprozessen, die im Folgenden erläutert werden.
Gasaufkohlung
Die Gasaufkohlung besteht aus dem Erhitzen Kohlenstoffstahl auf die Austenitisierungstemperatur in einer kohlenstoffreichen Atmosphäre. Dabei wird ein Trägergas verwendet, und das Bauteil befindet sich in einem Ofen mit Propan und Methan. Es ist eine Mischung aus CO2, CH4, CO usw.
Bei der Aufkohlungstemperatur zersetzt sich das Propan an der Oberfläche des Werkstücks, und der Kohlenstoff diffundiert an der Oberfläche. Die Temperatur liegt bei 925 Grad Celsius, und die für die Aufkohlung erforderliche Zeit beträgt 2 Stunden.
Vakuum-Aufkohlen
Bei der Vakuumaufkohlung wird eine sauerstofffreie Umgebung mit niedrigem Druck verwendet. Der Prozess verwendet Kohlenwasserstoffedie Gase wie Methan sind. Die Umgebung ist frei von Sauerstoff, und die Temperatur kann bei Bedarf erhöht werden. Je höher die Temperatur, desto höher die Diffusionsrate von Kohlenstoff.
Flüssigaufkohlung
Die Flüssigaufkohlung ist ein Verfahren zur Aufkohlung von Stahl- oder Eisenteilen. Diese Teile werden bei einer Temperatur von mehr als Ac1 im Salz in geschmolzenem Zustand gehalten, und es werden Stickstoff und Kohlenstoff hinzugefügt. Bei der Flüssigaufkohlung wird Zyanid verwendet, das sowohl aus Stickstoff als auch aus Kohlenstoff besteht.
Das Bauteil wird in einem Salzbad aufbewahrt, das eine Temperatur von etwa 900 Grad Celsius hat, und das Salz ist hochgiftig. Das Salz hat Stickstoff an der Oberfläche des Bauteils eingelagert, wodurch es hart wurde.
Feststoffaufkohlung (Paketaufkohlung)
Die Feststoffaufkohlung ist ein Verfahren, bei dem aus der festen Verbindung Kohlenmonoxid gewonnen wird, das sich an der Oberfläche des Metalls in Kohlendioxid und naszierenden Kohlenstoff zersetzt. Die Aufkohlungsbehälter werden aus aluminiumbeschichtetem Kohlenstoffstahl, Kohlenstoffstahl oder hitzebeständigen Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen hergestellt.
Die Bauteile befinden sich in einem versiegelten Kasten mit einem Aufkohlungsmedium, das aus Holzkohle oder Koks bestehen kann. Das Verfahren nutzt die Gasaufkohlung, bei der das Kohlenmonoxid in Kohlendioxid gespalten wird, das dann den Kohlenstoff auf der Oberfläche des Teils verschmilzt. Das Verfahren dauert zwischen 2 Stunden und 36 Stunden bei einer Temperatur von 800 bis 845 Grad Celsius.
Plasma-Aufkohlen
Bei der Plasmaaufkohlung wird die Gleichstrom-Glühstrecke verwendet, bei der einem Bauteil eine Kohlenstoffschicht hinzugefügt wird. Die Gleichspannung wird zwischen dem Bauteil und der Elektrode angelegt, und das Werkstück wird in der Aufkohlungskammer gehalten. Der Kohlenstoff wird dann in Form einer Plasmaentladung freigesetzt.
Tropfaufkohlung
Bei der Tropfaufkohlung werden organische Stoffe wie Methanol verwendet, die dem Aufkohlungsofen zugesetzt werden. Es erzeugt das Gas, das die Bauteile und ihre Oberfläche zersetzt und eine harte Kohlenstoffschicht hinterlässt.
Carbonitrieren
Das Karbonitrieren wird auch bei Stahl durchgeführt und hat einen Kohlenstoffanteil von 0,4 bis 0,5 Prozent. Es trägt dazu bei, die Oberfläche des Teils zu härten, und diese Teile können Wellen und Zahnräder umfassen. Das Verfahren modifiziert Gas, in dem Methan und Ammoniak vorhanden sind.
Aufkohlen vs. Nitrieren
Aufkohlen und Nitrieren sind beides Verfahren, die dazu beitragen, Stahl und andere Metalle zu härten. Der einzige Unterschied zwischen ihnen ist das Material, das während des Prozesses verwendet wird.
Beim Aufkohlen wird der Kohlenstoff durch Erhitzen in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Materials auf der Metalloberfläche verteilt. Beim Nitrieren hingegen wird Stickstoff auf das Bauteil aufgebracht und es hohen Temperaturen ausgesetzt.
Anwendungen des Aufkohlens
Der Prozess des Aufkohlens wird in vielen Anwendungen zur Härtung von Metallen, die in Komponenten verwendet werden, beobachtet; einige dieser Anwendungen sind unten aufgeführt:
Luft- und Raumfahrt: Flugzeugteile wie Triebwerksteile und Fahrwerke benötigen eine hohe Festigkeit, für die aufgekohlter Stahl erforderlich ist.
Maritim: Komponenten wie Getriebe und Motoren in der Werkstatt werden aus aufgekohlten Teilen hergestellt, die korrosionsbeständig und verschleißfest sind.
Kraftfahrzeug: Im Automobilsektor werden dafür Teile mit hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit wie Lager, Zahnräder, Wellen und Aufkohlungen verwendet.
Landwirtschaft: Für landwirtschaftliche Maschinen wird aufgekohlter Stahl verwendet, da die Teile rauen Umgebungen standhalten müssen.
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Schlussfolgerung
Es gibt verschiedene Aufkohlungsverfahren, und jedes Verfahren hat seine eigenen Merkmale. Es ist sehr wichtig, die einzelnen Aufkohlungsarten und ihre Eignung zu kennen, damit Sie sie entsprechend den Anforderungen Ihrer Anwendung auswählen können.
