Randschichthärten von Stahl | Oberflächenhärten | Flamm-, Induktions-, Laser- und Einsatzhärten

Summary

Das Randschichthärten ist eine wichtige Wärmebehandlung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen wie Zahnrädern und Wellen, bei der nur die Oberfläche des Werkstücks gehärtet wird, während der Kern zäh bleibt. Zu den gängigen Verfahren gehören das Flammhärten, Induktionshärten, Laserhärten und Einsatzhärten. Jedes Verfahren hat seine spezifischen Vor- und Nachteile, je nach Bauteilgeometrie und Anwendung. Während das Induktions- und Laserhärten schnelle Erwärmungszeiten bieten, eignet sich das Einsatzhärten besonders für Bauteile mit hoher Dynamik. Das Nitrieren schließlich verbessert die Korrosionsbeständigkeit, ohne die Zähigkeit des Kerns zu beeinflussen.

Takeaways

• 😀 Randschichthärten ist ein Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen, indem nur die Oberfläche gehärtet wird, während der Bauteilkern zäh bleibt.
• 😀 Häufige Anwendungen des Randschichthärtens sind Zahnräder, Führungsschienen, Kurbelwellen und Nockenwellen.
• 😀 Beim Flammhärten wird die Oberfläche des Werkstücks mit einer Brennerflamme erhitzt und anschließend durch Wasserabkühlung abgeschreckt, um Martensit zu bilden.
• 😀 Die Härte des Werkstücks wird beim Flammhärten durch die schnelle Abkühlung und die Bildung von Martensit auf der Oberfläche erhöht.
• 😀 Das Flammhärten eignet sich nicht für sehr kleine Bauteile oder komplexe Geometrien aufgrund der großen Wärmeeinflusszone und des schwierigen Aufbaus der Brennerdüsen.
• 😀 Induktionshärten nutzt einen hochfrequenten Wechselstrom, der ein Magnetfeld erzeugt, das Wirbelströme im Werkstück erzeugt, um die Oberfläche schnell zu erhitzen und dann abzuschrecken.
• 😀 Die Frequenz des Wechselstroms beim Induktionshärten beeinflusst die Eindringtiefe der Wärme, je höher die Frequenz, desto dünner die gehärtete Schicht.
• 😀 Laserhärten ermöglicht eine sehr präzise Erwärmung der Oberfläche, wobei die hohe Leistung des Lasers eine schnelle Erwärmung und selbstabschreckende Kühlung der Oberfläche ermöglicht.
• 😀 Beim Laserhärten entstehen keine Abgase und die Verzunderung wird minimiert, was es zu einem umweltfreundlicheren Verfahren macht.
• 😀 Beim Nitrieren wird Stickstoff in die Oberfläche des Werkstücks eingebracht, um hartnäckige Nitrate zu bilden, die die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöhen, ohne die Zähigkeit des Kerns zu beeinträchtigen.

Q & A

Was ist das Ziel des Randschichthärtens?

Das Ziel des Randschichthärtens ist es, die Verschleißfestigkeit der Oberfläche von Bauteilen zu erhöhen, während der Bauteilkern seine Zähigkeit und Verformbarkeit behält.

Warum ist das klassische Härten für Bauteile mit hohem Verschleiß nicht ideal?

Beim klassischen Härten wird der Stahl in seiner Gesamtheit gehärtet, was zwar die Oberflächenhärte erhöht, jedoch die Zähigkeit des gesamten Bauteils verringert, was zu unvorhersehbarem Werkstoffversagen führen kann.

Was ist der Unterschied zwischen Randschichthärten und Oberflächenhärten?

Randschichthärten bezieht sich darauf, nur die äußere Schicht eines Bauteils zu härten, während beim Oberflächenhärten ebenfalls nur die Oberfläche bearbeitet wird, aber verschiedene Techniken angewendet werden können.

Welche Oberflächenhärteverfahren werden im Video vorgestellt?

Im Video werden das Flammhärten, Induktionshärten, Laserhärten, Einsatzhärten und Nitrierhärten als gängige Oberflächenhärteverfahren vorgestellt.

Wie funktioniert das Flammhärten?

Beim Flammhärten wird eine Brennerflamme über die Werkstückoberfläche geführt, um die Oberfläche zu erhitzen und in die Austenitphase zu überführen. Nach der Erwärmung erfolgt das Abschrecken mit Wasser, wodurch die Oberfläche martensitisch wird.

Welche Herausforderung gibt es beim Flammhärten von kleinen Bauteilen?

Bei kleinen Bauteilen mit komplexen Geometrien kann es schwierig sein, nur die Flanken zu härten, da die Wärmeeinflusszone relativ groß ist und dadurch auch innere Bereiche des Bauteils beeinflusst werden.

Wie unterscheidet sich das Induktionshärten vom Flammhärten?

Beim Induktionshärten wird die Oberfläche des Werkstücks durch elektromagnetische Induktion erhitzt, während beim Flammhärten eine Brennerflamme verwendet wird. Induktionshärten ermöglicht eine präzisere Steuerung der Härtetiefe.

Warum kann beim Laserhärten auf Wasserdüsen zum Abschrecken verzichtet werden?

Beim Laserhärten wird die Oberfläche so schnell erhitzt, dass die selbstabschreckende Wirkung aufgrund der schnell abkühlenden Umgebung genügt, wodurch keine zusätzlichen Wasserdüsen zum Abschrecken benötigt werden.

Was passiert beim Nitrieren und warum führt es zu einer höheren Verschleißfestigkeit?

Beim Nitrieren diffundieren Stickstoffatome in die Oberfläche des Stahls und bilden mit den Legierungselementen harte Nitrate, die die Oberfläche stark härten, ohne das Innere des Bauteils zu beeinflussen. Dies erhöht die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Was sind die Vorteile des Einsatzhärtens im Vergleich zu anderen Verfahren?

Das Einsatzhärten ermöglicht es, einen kohlenstoffarmen Stahl durch das Anreichern der Oberfläche mit Kohlenstoff so zu härten, dass der Bauteilkern zäh bleibt. Es ist besonders für dynamisch beanspruchte Bauteile wie Zahnräder und Antriebswellen geeignet.