Das Härten von Stahl ist eines der wichtigsten Verfahren, um die mechanische Widerstandsfähigkeit des Metalls zu erhöhen. Es geht darum, das Gefüge des Stahls so zu verändern, dass es widerstandsfähiger wird. Wie wird das gemacht? Indem man dem Werkstück Wärme zuführt und es anschließend schnell abkühlt. Aber wie genau funktioniert das? In diesem Artikel werden wir die wichtigsten Verfahren des Stahlhärtens besprechen und wertvolle Tipps geben, wie man das Beste aus diesem Prozess herausholt.
Die Umwandlungshärtung
Die Umwandlungshärtung ist eines der wichtigsten Verfahren beim Stahlhärten. Dabei wird das Werkstück so erhitzt, dass sich der Ferrit in Austenit umwandelt. Austenit kann deutlich mehr Kohlenstoff in gelöster Form enthalten als Ferrit. Wenn der mit Kohlenstoff angereicherte Austenit dann schnell abgekühlt wird, verhindert dies die Entmischung in Zementit und Ferrit. Stattdessen entsteht ein Martensit, ein tetragonal-verzerrtes und kubisch-raumzentriertes Gitter, das durch den Kohlenstoff eine zusätzliche Verspannung erhält. Die Einhaltung der richtigen Abkühlgeschwindigkeit ist dabei besonders wichtig. Je größer die Temperaturdifferenz bzw. die Unterkühlung ist, desto mehr Martensit entsteht. Die Auswahl des Abkühlmediums (Öl, Wasser, Gas oder Luft) sowie die chemische Zusammensetzung des Stahls spielen dabei eine entscheidende Rolle.
Die Ausscheidungshärtung
Bei der Ausscheidungshärtung bilden die beteiligten Elemente einen gemeinsamen Kristall, der keine Ähnlichkeit mit den Kristallen der Basiselemente hat. Dadurch entsteht ein eigenes kompliziertes System von Kristallen. Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei der Legierungsbildung eingesetzt. Beim Legieren werden Fremdatome in den Stahl eingebracht, um seine Eigenschaften zu verbessern. Nickelbasis-Superlegierungen wie Al2Cu, Mg2Si, Cu4Sn und Ni3Al sind Beispiele für Legierungen, die durch intermediäre Kristallisation hergestellt werden können.
Die Kaltverfestigung
Die Kaltverfestigung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Materialien. Durch Erhöhung der Versetzungsdichte im Gefüge werden Gleitvorgänge behindert, was zu einer erhöhten Festigkeit führt. Dieses Verfahren wird besonders bei der Herstellung von Buntmetalllegierungen wie Bronze und Mischkristalllegierungen eingesetzt.
Das Härten durch Abschrecken
Beim Härten durch Abschrecken werden die oben genannten Verfahren Umwandlungshärtung und Ausscheidungshärtung kombiniert. Es besteht aus drei aufeinanderfolgenden Phasen: Erwärmen bis zu einer bestimmten Temperatur, Aufrechterhalten der Temperatur und schnelles Abkühlen mit der erforderlichen Abkühlgeschwindigkeit. Als Abschreckmedium kann zum Beispiel Wasser oder Öl verwendet werden. Für das Härten im Vakuum kommt Argon in Frage. Es ist zu beachten, dass sich für dieses Verfahren ausschließlich Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0,35 % eignen.
Das Vergüten
Beim Vergüten wird das Härten durch Erwärmen und Abschrecken durch ein nachfolgendes Anlassen erweitert. Dadurch werden die Eigenschaften des gehärteten Stahls weiter verbessert. Für dieses Verfahren eignen sich spezielle Stähle, die als Vergütungsstähle bezeichnet werden.
Die Durchhärtung
Bei der Durchhärtung wird das martensitische Härten über den gesamten Materialquerschnitt angewendet. Bei Werkstücken mit größeren Abmessungen ist es wichtig, sicherzustellen, dass die kritischen Abkühlgeschwindigkeiten im Inneren des Werkstücks nicht unterschritten werden. Die erreichbaren Werte für Härte und Festigkeit hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Temperatur und Dauer der Austenitisierung, der Zusammensetzung des Stahls und den Abmessungen des Werkstücks.
Das Härten von Stahl ist eine Kunst, die Geduld, Erfahrung und Fachwissen erfordert. Mit den richtigen Verfahren und Techniken kann man jedoch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Stahls erheblich verbessern. Also, worauf warten Sie noch? Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt des Stahlhärtens und lassen Sie Ihre Werkstücke erstrahlen!
