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Einsatzhärten im Vakuum

Das Einsatzhärten versteht sich als eine Kombination von Aufkohlen, Härten und nachfolgendem Entspannen. Das Härten kann dabei als Direkt- oder Einfachhärten ausgeführt werden.
Ein Einsatzhärten des Werkstückes wird nötig, wenn sowohl ein zäher Kern mit hoher Streckgrenze und Zugfestigkeit, als auch eine verschleißbeständige Randzone des Bauteiles für die späteren Anwendung erforderlich sind. Gleichzeitig werden durch diesen Prozess Druckeigenspannungen in der Randzone aufgebaut, wodurch eine Steigerung der Dauerfestigkeit erreicht werden kann. Die dabei erzielbare Härte der Randzone wird durch den Gehalt an Kohlenstoff entscheidend bestimmt. Durch die gezielte Beeinflussung des Kohlenstoffprofils, welches vorab durch Simulationsrechnungen ermittelt werden kann,  lassen sich die spezifizierten Vorgabewerte hinsichtlich Oberflächenhärte und Einhärtetiefe im Wärmebehandlungsprozess einstellen.
Das Einsatzhärten im Vakuum wird bei VACUHEAT mit einer Hochdruckgasabschreckung mit bis zu 18 bar Stickstoffüberdruck in einer kalten Abschreckkammer kombiniert, wodurch die so behandelten Bauteile folgende Vorzüge gegenüber der konventionellen Gasaufkohlung mit darauffolgender Öl-, Salz- oder Polymerabschreckung aufweisen:

 

 

  • randentkohlungs- und randoxidationsfreies Gefüge
  • trockene und metallisch blanke Bauteile
  • aufwändige Nachreinigung entfällt
  • Restschmutz in und auf den Bauteilen ist minimal
  • geringere Maß- und Formänderungen, da das Aufheizen sehr gleichmäßig erfolgt und bei der Abschreckung keine Dampfblasenbildung auftritt (kein Leydenfrost´sches Phänomen)
  • die Abschreckintensität kann über den Gasdruck an das Bauteil und den Werkstoff angepasst werden, wodurch Verzüge bei dünnwandigen und formkomplexen Teilen auf ein Minimum reduziert werden können

 

 

Alle legierten Einsatzstähle, wie z.B. 18CrNi8, 16MnCr5 oder 18CrNiMo7-6 können so behandelt werden, wobei die erreichbaren Kernfestigkeiten geometrie- und werkstoffabhängig sind.

 

Falls Gefügeforderungen bezüglich Restaustenit für Ihre Bauteile bestehen, kann vor dem Entspannen eine Tiefkühlbehandlung erfolgen. Bei aufgekohlten Stählen oder Stählen mit hohem Nickelgehalt ist die Martensitbildung bei Raumtemperatur noch nicht beendet, es sind daher noch gewisse Mengen Austenit vorhanden. Wenn dieser Restaustenit mit umgewandelt werden soll, muss die Temperatur auch unterhalb Raumtemperatur abgesenkt werden. Die Behandlung findet in mit flüssigem Stickstoff betriebenen Tiefkühltruhen bei Temperaturen um -80°C statt.
Je nach Oberflächenhärteforderung kann der Restaustenit alternativ auch durch ein Anlassen bei über 230°C umgewandelt werden.
Notwendig ist die komplette Umwandlung des Restaustenits wenn die Bauteile im späteren Einsatz keiner Maß- und/ oder Formveränderung unterliegen dürfen, zu denen es bei der Umwandlung von Austenit in Martensit durch die damit verbundene Volumenvergrößerung kommen kann. 
Der Restaustenitgehalt kann durch ein unabhängiges Labor bei Bedarf röntgenographisch untersucht werden.

 

Für komplexe Bauteile mit besonders hohen Anforderungen an den Verzug, stehen innovative Chargiergestelle aus extrem temperatur- und formstabilem kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) zur Verfügung. Mithilfe des im Hause vorhanden CAD- Systems können bauteilspezifische Vorrichtungen und Chargierhilfsmittel konstruiert werden, die eine besonders verzugsarme Behandlung ermöglichen.

 

Falls Ihre Bauteile vor Aufkohlung zu schützende Bereiche, wie bspw. Gewinde, aufweisen, kann eine partielle Einsatzhärtung durchgeführt werden. Dies geschieht durch Einstreichen mit Härteschutzpaste oder der mechanischen Abdeckung solcher Bereiche.
Dadurch kann eine aufwendige Hartbearbeitung oder ein Einsatzfreidrehen eingespart werden.
Durch unser über 10- jähriges Know-how in der partiellen Einsatzhärtung finden unsere Prozessingenieure auch für Ihre Behandlungsaufgabe eine Lösung.

Sprechen Sie uns an!

 

Der Vakuum-Wärmebehandlung dürfen nur saubere, trockene sowie öl- und fettfreie Bauteile zugeführt werden. Falls Ihnen die Vorreinigung selbst nicht möglich ist, übernehmen wir dies gern für Sie.
Ebenso können die Bauteile nach dem Abschluss der Wärmebehandlung bei uns konserviert werden.

 

Bei VACUHEAT finden verschiedene Prozessvarianten der definierten Anreicherung der Randzone mit Kohlenstoff Anwendung.

 

Beim Vakuumaufkohlen strömt das kohlungsfähige Gas unter einem Absolutdruck von wenigen Millibar über die Werkstücke. Daraus resultiert auch die oftmals gebrauchte Bezeichnung der Niederdruckaufkohlung. Als kohlungsfähige Gase dienen Kohlenwasserstoffe, wobei VACUHEAT aufgrund der prozesstechnisch günstigsten Eigenschaften ausschließlich Acetylen verwendet.
Durch die Verwendung von Acetylen in Kombination mit unseren speziell ausgelegten Anlagen können auch Bohrungen und Sacklöcher mit sehr großem Länge zu Durchmesser-Verhältnis gleichmäßig aufgekohlt werden.

 

 

Randgefüge eines vakuumaufgekohlten Bauteils

 

Eine spezielle Verfahrensvariante der Vakuumaufkohlung stellt das Plasmaaufkohlen dar.
Im Gegensatz zur Vakuumaufkohlung findet hier Methan als Kohlenstoffspender Verwendung, das bei einer gepulsten Spannung von 600 –1000 Volt ionisiert wird und dadurch dissoziiert.
Bei VACUHEAT wird dieser Prozess in zwei weltweit einzigartigen Anlagen seit über acht Jahren erfolgreich für die Serienbehandlung von Dieseleinspritzkomponenten angewendet.
Der größte Vorteil des Plasmaaufkohlens besteht darin, dass eine partielle Aufkohlung besser realisierbar ist als bei der Vakuumaufkohlung, denn nur dort wo die Bauteile mit dem Plasma in Berührung kommen findet ein Kohlenstoffübergang statt. Dadurch eignet sich das Plasmaaufkohlen besonders für kleinere, komplexe Bauteile, die partiell einsatzgehärtet werden müssen.
Wie bei der Vakuumaufkohlung auch, können diese komplexen Geometrien gleichmäßig und reproduzierbar aufgekohlt werden.

 

Makroschliff einer partiellen Plasma-Aufkohlung mit geschütztem Innengewinde