Wird unlegierter Stahl von der Austenitisierungstemperatur normal abgekühlt, so entsteht das übliche FERRIT-PERLIT GEFÜGE. Bei höherer Abkühlungsgeschwindigkeit entsteht der sehr harte MARTENSIT.
Der Kohlenstoff (C) muß beim Abkühlen des Austenits diffundieren, was ziemlich langsam geht, um kleine Zementitteilchen zu bilden. Damit wird der Austenit C frei. Jetzt erst kann er sich in Ferrit umwandeln.
Bei schnellster Abkühlung kann der C nicht mehr diffundieren, er bleibt im Austenit zwangsgelöst. Trotzdem möchte sich der Austenit zu Ferrit umwandeln, was zu enormen Gitterverspannungen und Deformationen führt, da die Ferritelementarzelle keinen C aufnehmen kann. Es entsteht so ein Kubisch raumzentriertes ähnliches Atomgitter mit zwangsgelösten C-Atomen und tetragonal aufgeweiteten Elementarzellen. d.h. MARTENSIT
EINSATZHÄRTEN: (Thermochemisch)
Extrem weich und zäh sind nur C-arme Stähle unter 0,25% C. Soll die Oberfläche solcher Stähle gehärtet werden, muß sie vorher aufgekohlt werden. Beim Aufkohlen C-armer Einsatzstähle wird die Randschicht in gewünschter Dicke auf bis zu 1% C angereichert. Nach anschließenden Härten mit nachfolgenden anlassen (Einsatzhärten) ist die Randschicht sehr hart, der Kern bleibt (wenig C) weich, auch wenn er mit gehärtet werden sollte.
Das Aufkohlen geschieht für etwa 900 – 950°C durch eindiffundieren von C-Atomen in das g Eisen. Je höher die Kohlungstemperatur, desto schneller erfolgt die Aufkohlung. Zu hohe Temperaturen führen jedoch zu der bekannten Kornvergröberung, so das 950°C nur ausnahmsweise überschritten werden sollte.
Das Ergebnis des Einsatzhärtens wird als Oberflächenhärte und Einsatzhärtungstiefe „Eht" angegeben.
Verschiedene Aufkohlungsverfahren:
PULVERAUFKOHLUNG; GASAUFKOHLUNG; SALZBADAUFKOHLUNG
RANDSCHICHTHÄRTEN:
FLAMMHÄRTEN:
Das Flammhärten ist ein rein thermisches Randschichthärtungsverfahren d.h. das während der Wärmebehandlung die chemische Zusammensetzung des Stahles nicht verändert wird.
Die verwendeten Stählte müssen demnach zum Erreichen gewünschter Oberflächenhärte ausreichen C (mind. 0,3 %) enthalten. Die Werkstückoberfläche wird mit einer Gasbrennerflamme rasch aufgeheizt und sofort anschließend mit einer Wasserbrause abgekühlt. Die maximale Dicke der gehärteten Randschicht hängt von der mögliche Einhärtungstiefe des verwendeten Stahles ab. So kann z.B. unlegierter Stahl bis 1,2 mm Randschichtdicke gehärtet werden. Die Abkürzung für die Einhärtungstiefe ist „Rht".
Induktionshärten:
Das Induktionshärten ist mit dem Flammhärten identisch, bis auf das Erwärmen des Werkstücks.
Beim I. H. wird das Werkstück mit Hilfe von elektrischen Spulen induktiv erwärmt.
Nitrieren
Wie der C so erhöhen auch andere in die Randschicht von Stahl eingebrachten Elemente wie z. B. Stickstoff (N) deren Härte.
Der prinzipielle Unterschied zum C besteht in der Verbindungsbildung dieser Elemente mit dem Eisen. N diffundiert ab ca. 500°C in die Stahloberfläche ein, dabei bildet sich durch Reaktion mit Eisen ein 10 – 20qm dicke Eisennitriedschicht sehr großer Härte. Die Behandlungstemperatur spielt eine wichtige Rolle. Reine N-Diffusion findet bei 500 – 580°C statt. Bei dieser relativ niedrigen Nitriertemperatur dauert der Diffusionsprozess sehr lange. Übliche Nitrierzeiten dauern 40 – 90h. Mit zunehmender Temperatur wird die Prozessdauer kürzer, jedoch diffundiert jetzt auch C ein und dieses Verfahren nennt man Nitrocarburieren. - Temperaturen zwischen 580 – 600°C
Nitrierschichten lassen sich durch eindiffundieren von N auf nahezu allen Stählen und Gusseisen erzeugen, dabei spielt der Zustand des Werkstoffes keine Rolle. Es können auch gehärtete oder vergütete Werkstoffe nitriert werden. Nitrierte Werkstücke haben eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Einsatzhärten besteht darin, dass nach dem Nitrieren kein Abschrecken erfolgen muss, also kein Verzug oder Risse entstehen. Nitrierte Werkstücke können vor dem Nitrieren auf Maß bearbeitet werden.
-Nitrierschicht ist spröde und neigt zum Abplatzen
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