Rohdetherm

Gasaufkohlen

Unter dem thermochemischen Diffusionsverfahren nimmt das Einsatzhärten eine wichtige Stellung ein. Vor dem eigentlichen Härten
wird die Oberfläche des Werkstückes mit Kohlenstoff angereichert. Dies geschieht, indem das Behandlungsgut in kohlenstoffabge-
benden Mitteln auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und dort mehr oder weniger lang gehalten wird. Es handelt sich bei diesem Aufkohlungsvorgang um eine Kohlenstoffdiffusion.

Damit ist leicht einzusehen, dass die Aufkohlungstiefe eine Funktion der Temperatur und der Zeit ist. Als Aufkohlungsmittel kommen Pulver oder Granulate, Salzschmelzen und Gase infrage. Das Einwandern des Kohlenstoffes wird so gesteuert, dass die Randschicht
in der Regel eine eutektoide Zusammensetzung aufweist (C=O,8%). Wird überkohlt (C>O,8%), scheidet an den Korngrenzen Fe3C aus. Wir erhalten Korngrenzenzementit, was eine starke Versprödung zur Folge hat. Nach dem Aufkohlen werden die Werkstücke gehärtet. Dies kann durch direkte Abschreckung aus der Aufkohlungstemperatur erfolgen (Direkthärten). Je nach Anforderungen an die Werkstückeigenschaften sind jedoch auch andere Verfahren möglich.

Beim Aufkohlen wird das Kerngefüge in seiner chemischen Zusammensetzung nicht verändert. Bei längeren Haltezeiten auf Aufkohl-
ungstemperatur tritt eine Kornvergröberung ein.

Beim Direkthärten wird im Allgemeinen vor dem Abschrecken auf die Randhärtetemperatur abgesenkt. Damit wird ein überhitztes Härten des C-reicheren Randgefüges vermieden.

Beim sogenannten Einfachhärten wird nach dem Aufkohlen langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Notfalls können noch Zwischen-
bearbeitungen durchgeführt werden, z. B. partielles Bearbeiten der Einsatzschicht. Danach wird wieder austenitisiert, entweder auf Kernhärtetemperatur oder auf Randhärtetemperatur und anschließend abgeschreckt.

Beim Kernhärten ist der Rand überhitzt gehärtet, der Martensit ist grobnadelig und es muss mit einem größeren Restaustenitgehalt gerechnet werden. Das Randhärten ergibt ein optimales Randgefüge. Im Kerngefüge ist jedoch neben Martensit noch Restferrit vorhanden.

Eine weitere Möglichkeit bietet das Doppelhärten. Hier schließt man nach dem Kernhärten (meistens ein Direkthärten) ein zweites Härten mit Randtemperatur an. Das Randgefüge ist hier optimal. Das Kerngefüge erfährt eine Rückverfeinerung, enthält aber noch
etwas Restferrit.

Beim Stufenhärten wird nach dem Aufkohlen im Warmbad (bei ca. 650°C) isotherm in der Perlitstufe abgekühlt. Anschließend erfolgt ein Härten von Randhärtetemperatur. Dieses Verfahren ergibt eine sehr feinkörnige Gefügestruktur. Anschließend an alle Härteverfahren wird zwischen 150 und 200°C angelassen.

Einsatzgehärtete Werkstücke besitzen eine harte Randschicht und einen wesentlich weicheren, zähen Kern. Die Oberflächenhärte liegt in der Regel bei 60 bis 64 HRc. Die Einsatzhärtungstiefe (Eht) kann durch Wahl der Aufkohlungstiefe in relativ großen Grenzen variiert werden. Die Kernhärte resultiert aus der chemischen Zusammensetzung des verwendeten Werkstoffes und den Härtebedingungen. Nebst der Erhöhung der Verschleißfestigkeit wird durch das Einsatzhärten auch die Dauerschwingfestigkeit verbessert.

In heutiger Zeit ist Gasaufkohlen stark vertreten. Es gibt verschiedene Verfahren zur Erzeugung der geeigneten Ofenatmosphäre. Einerseits verwendet man ein Trägergas, welchem Kohlungsgase wie z.B. Methan, Propan oder ähnliche beigefügt werden. Anderseits ist auch ein Gasaufkohlen ohne Trägergas möglich. Bei den sogenannten Eintropfverfahren werden organische Flüssigkeiten und deren Gemische direkt in den chargierten und auf Aufkohlungstemperatur beheizten Ofenraum eingetropft. Diese Flüssigkeiten verdampfen und werden in der Ofenhitze gespalten. Beim Spaltvorgang entstehen diffusionsfähige Kohlungsprodukte. Es stehen heute moderne Anlagen mit Steuer- und Regelgeräten zur Verfügung, welche erlauben, gezielte Ofenatmosphären zu garantieren, damit einwandfreie Einsatzschichten resultieren. Mit dem Gasaufkohlen ist eine saubere, umweltfreundliche Arbeitsweise gegeben.