EINSATZHÄRTEN
Ziel und Zweck beim Einsatzhärten ist es kohlenstoffarmen Stählen (die Aufgrund des geringen Kohlenstoffanteils von ≤ 0,25% nicht härtbar sind), eine verschleißbeständige Oberfläche zu verleihen. Diese Materialien finden wegen ihrer guten plastischen Verformbarkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit häufig Verwendung. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften wird eine hohe Randfestigkeit gefordert die eigentlich im Widerspruch zu den anderen Merkmalen steht. Der Forderung nach harter Oberfläche und zähem Kern kann durch Einsatzhärten nachgekommen werden. Des Weiteren wird dem Kernwerkstoff eine höhere Zähigkeit bzw. Duktilität verliehen und die Dehngrenze/Festigkeit deutlich verbessert.
Ebenfalls wird die Schwingfestigkeit, wie bei allen Randschichthärteverfahren, durch die Druckeigenspannungen in der Oberfläche erhöht die dann den Betriebsspannungen entgegenwirkt und die Gefahr der Rissbildung durch Spannungsspitzen senkt. Da nicht alle Eigenschaften gleichzeitig oder in optimaler Weise erreicht werden können, steht je nach Anwendungsfall, die eine oder andere Eigenschaft im Vordergrund. Durch das Einsatzhärten werden Werkstückeigenschaften generiert die mit keinem anderen Verfahren erreicht werden können. Somit ist die Einsatzhärtung für hochbeanspruchte Teile wie z.B. Antriebswellen oder Zahnräder bestens geeignet und verleiht den Bauteilen herausragende Gebrauchseigenschaften.
Das Einsatzhärten, in DIN 17022-3 beschrieben, gibt es schon sehr lange und findet auch heute noch häufig Anwendung als Wärmebehandlungsverfahren. Wurden früher noch die zu behandelnden Teile in Kästen eingelegt und mit einem Kohlenstoffabgebenden Material (z.B. Kohle) bedeckt, werden die Bauteile/Werkzeuge heute in Anlagen bearbeitet, die den Kohlenstoff in einer gasförmigen Atmosphäre oder Flüssigkeiten bereit stellen können. Dies hat den Vorteil dass der Prozess erheblich besser gesteuert, geregelt, überwacht und reproduziert werden kann.
Der thermochemisch wirkende Prozess des Einsatzhärtens ist eine Kombination aus drei verschiedenen Arbeitsschritten:
1. Aufkohlen/Carbonitrieren: Hier wird die kohlenstoffarme Randschicht des Werkstoffs mit Kohlenstoff (beim Aufkohlen) oder mit Kohlenstoff und Stickstoff (beim Carbonitrieren) angereichert, um eine Härtung überhaupt erst zu ermöglichen. Dies geschieht bei Temperaturen oberhalb der Ac3 Kennlinie (ca. 850°C – 1050°C bzw. 650°C – 1050°C beim Carbonitrieren) und dauert 1-200 Stunden.
2. Härten: Der Werkstoff wird auf seine spezifische Härtetemperatur erwärmt und bis zur vollständigen Durchwärmung der Werkstücke/Werkzeuge auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend werden die Werkstücke/Werkzeuge in einem geeigneten Abschreckmedium sehr schnell abgekühlt. Dies verleiht den Bauteilen ihre gewünschten Gebrauchseigenschaften.
3. Anlassen: Das Werkstück wird erneut erwärmt, um Härterissen durch Spannungen im Gefüge vorzubeugen und die Anforderungen an die Oberflächenhärte einzustellen. Das Anlassen findet bei Temperaturen von 100°C – 200°C statt und soll in erster Linie die höchsten Spannungen im Gefüge abbauen und die Schleifrissempfindlichkeit senken.
Die einsatzgehärtete oder aufgekohlte Randschicht ist oft an der Bruchfläche der Materialien zu erkennen. Bei dem nachfolgenden Bild ist die einsatzgehärtete Randschicht an einer feinkörnigen Bruchfläche erkennbar.
