Wärmebehandlung in Schutzgasanlagen

Einsatzhärten und Carbonitrieren - Aufkohlen - Härten und Anlassen - Vergüten

Die hohe Qualität und Reproduzierbarkeit der Wärmebehandlungsergebnisse durch modernste Mess- und Regeltechnik haben die Schutzgasverfahren seit vielen Jahren weit verbreitet. Sie bieten oftmals eine kostengünstige Alternative zu Vakuum- und Plasmaverfahren, zeichnen sich gegenüber der Salzbadtechnik durch Umweltfreundlichkeit aus und sind in der industriellen Wärmebehandlungstechnik derzeit nicht zu ersetzen.

Je nach Werkstoff und Anforderung kann die Prozessführung unserer Schutzgasanlagen auf folgende Verfahren abgestimmt werden:

  • Einsatzhärten
  • Carbonitrieren
  • Aufkohlen
  • Härten und Anlassen
  • Vergüten

Beim Einsatzhärten wird die Randschicht der Bauteile in einem thermochemischen Prozess mit Kohlenstoff angereichert. Nach dem Aufkohlen erfolgt dann ein Härten. Es kommen hauptsächlich die so bezeichneten Einsatzstähle mit niedrigen Kohlenstoffgehalten in Frage. Durch diese Behandlung werden Eigenschaftsänderungen erzielt, wie harte und verschleißbeständige Oberfläche bei gleichzeitig zähem Kern, Erhöhung der Dauerfestigkeit und Bildung von Druckeigenspannungen.

Aus diesen hervorragenden Eigenschaftsverbesserungen ergibt sich die weite Verbreitung des Verfahrens und die zahlreichen Anwendungen:

  • Motoren- und Getriebeteile,
  • Maschinenteile,
  • Stanz- und Biegeteile,
  • Wälzlagerkomponenten

Das Carbonitrieren wird hauptsächlich bei unlegierten Baustählen und Automatenstählen durchgeführt. Hierbei wird die Randschicht der Bauteile gleichzeitig mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert. Durch die zusätzliche Stickstoffaufnahme wird die Härtbarkeit der unlegierten Stähle verbessert. Hierdurch kann in den meisten Fällen auf die sonst erforderliche schroffe Abkühlung in Wasser verzichtet werden und in einem milderen Medium, z.B. in Öl, gehärtet werden.

Die Anwendung konzentriert sich auf Teile mit eher kleinen Dimensionen, mit meist komplizierter Bauteilgeometrie bei gleichzeitig großen Stückzahlen, wie

  • Drehteile für die Automobilindustrie
  • Stanz- und Biegeteile
Ein Aufkohlen mit langsamer Abkühlung - ohne Härteprozess - wird durchgeführt, um anschließend eine mechanische Bearbeitung der noch weichen Randschicht der Werkstücke vorzunehmen, z.B. um den aufgekohlten Bereich teilweise zu entfernen. Auch in Verbindung mit einem nachfolgenden Induktivhärten kann dieses Verfahren angewendet werden.
Für das Härten und Anlassen in unseren Schutzgasanlagen kommen Werkstoffe mit einer Härtetemperatur bis 980 °C und der erforderlichen Ölabkühlung in Frage. Es handelt sich somit vornehmlich um Bauteile und Werkzeuge aus Vergütungsstahl, Wälzlagerstahl und aus niedriglegierten Kaltarbeitsstählen.
Das Vergüten besteht aus einem Härten und Anlassen bei höherer Temperatur. Hierdurch wird die gewünschte Kombination aus möglichst hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit erreicht.

 

Unsere Anlagen

Bei unseren Schutzgasanlagen handelt es sich um sogenannte Mehrzweckkammeröfen mit Abkühlung in Öl oder im Gas. Zum Anlagenumfang gehört noch ein automatisches Beschickungssystem, Reinigungsanlagen, Anlaßöfen und die Schutzgaserzeuger.

Behandlungsart Max. Abmessungen
B x H x L (mm)
Chargengewicht (kg)
Einsatzhärten und
Carbonitrieren
Vergüten und
Härten bis 980 °C
700 x 650 x 1100 450

 

 

Der Wärmebehandlungsablauf

Unter Berücksichtigung optimaler Strömungsverhältnisse des Gases und des Abschreckmittels sowie der Bauteilgeometrie wird die Wärmebehandlungscharge aufgebaut. Hierdurch kann die Gleichmäßigkeit der Wärmebehandlungsergebnisse verbessert und der Verzug der Werkstücke minimiert werden.

Je nach Werkstoff und Verfahrensvariante wird die Behandlungstemperatur, die Behandlungszeit und die Zusammensetzung des Prozessgases, der sogenannte C-Pegel, dem Programmregler vorgegeben. Die Parameter werden während des Prozesses überwacht, geregelt und dokumentiert.

 

Der Beschickungsvorgang.

Eine Charge mit Zahnrädern wird in den Schutzgasofen eingefahren.

Nach dem Abschrecken in Öl werden die gehärteten Teile in Reinigungsanlagen gewaschen und entsprechend der Vorgaben für die Härte angelassen. Neben der Prozessdokumentation wird jede Einsatzhärtungscharge zusätzlich noch mittels einer Standardprobe hinsichtlich der erreichten Einsatzhärtungstiefe überwacht.

Bei besonderen Anforderungen an den Restaustenitgehalt kann nach dem Härten oder Einsatzhärten ein Tiefkühlen durchgeführt werden.