Öfen zum Härten

Glüh- und Härteöfen

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Härten

Das Härten von Stahl ist eine Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit durch gezielte Änderung und Umwandlung des Gefüges durch Erwärmung mit anschließendem schnellem Abkühlen.

Man unterscheidet im Wesentlichen:

  • Durchhärten mit direkt anschließendem „Abschrecken“ im für den jeweiligen Stahl geeigneten Medium (Warmbad, Öl, Wasser oder Luft)
  • Oberflächenhärten (Einsatzhärten, Nitrieren usw.)

Härten/Anlassen

Beim Abschrecken bildet sich in den Außenbereichen (die schnell genug abkühlen) Martensit. Ab einem Kohlenstoffanteil von 0,6 % ist mit Restaustenit RA zu rechnen, da die Martensitfinishtemperatur Mf unter der Raumtemperatur liegt und so nicht das gesamte Austenit in Martensit umgewandelt wird. Die Umwandlung dieses sog. Restaustenits erfolgt verzögert und wird von einer Volumenvergrößerung begleitet. Dies führt zu beträchtlichen Spannungen im Werkstück. Verzug und Risse können die Folge sein.

In diesem nur abgeschreckten Zustand ist der Stahl sehr hart und spröde und für technische Verwendungen nicht brauchbar. Der Zustand wird sehr treffend mit „glashart“ bezeichnet.

In einem zweiten Schritt, dem so genannten Anlassen, auch Tempern genannt, kann die Härte vermindert und die gewünschten Gebrauchseigenschaften (Härte, Zugfestigkeit und Zähigkeit) des Stahls eingestellt werden. Dabei wird der Stahl, je nach Legierungsanteilen und gewünschten Eigenschaften, nochmals erwärmt. Es entsteht die gewünschte Gebrauchshärte. Je höher die Anlasstemperatur, desto geringer wird die Härte. Dafür nimmt die Zähigkeit zu.

Brünieren

Brünieren (von französisch brunir ‚bräunen‘[1]) dient dem Bilden einer schwachen Schutzschicht auf meist eisenhaltigen Oberflächen, um Korrosion zu vermindern. Durch Eintauchen der Werkstücke in saure bzw. alkalische Lösungen (z. B. Natronlauge) oder Salzschmelzen bilden sich schwarze Mischoxidschichten aus FeO und Fe2O3 (Edelrost). Die Brünierung ist keine Beschichtung.

Durch die geringe Dicke der Konversionsschicht von etwa 1 µm bleiben die brünierten Werkstücke weitestgehend maßhaltig. Wegen der Porosität der Brünierschicht besitzen sie einen nur geringen Korrosionsschutz, der sich aber durch Beölen oder Befetten deutlich verbessern lässt. Diese Schichten sind weitgehend biege- und abriebfest sowie bis etwa 300 °C temperaturbeständig. Das Einsatzgebiet liegt im Maschinen- und Werkzeugbau. Weiterhin dient die Brünierung als Haftgrund für weitere Oberflächenbehandlungen wie das Lackieren. Eine spezielle Anwendung ist das Brünieren von Handfeuerwaffen.

Das Verfahren ist in Deutschland in der DIN 50938 genormt. Dort unterscheidet man auch zwischen Ein-, Zwei-, und Dreibadbrünieren.

Neben dem Schutz dient die Brünierung oft auch zur optischen Aufwertung von Gegenständen, beispielsweise um ein „antikes“ Aussehen zu erzeugen, wie bei Möbelbeschlägen und Schrauben aus Messing. Dort kann das Brünieren mit Essigessenz (Essigsäure) erfolgen.

Aufkohlen

Aufkohlen (Carburieren) ist ein Verfahren aus der Wärmebehandlung von Stahl.

Das Aufkohlen oder Einsetzen soll Stähle, die wegen ihres geringen Kohlenstoff-Gehaltes nicht oder nur schlecht zu härten sind, soweit mit Kohlenstoff anreichern, dass ein Härten möglich wird. Meistens wird nur die Randschicht mit Kohlenstoff angereichert, damit sich dort mehr Martensit bildet als im Kern und eine harte Randschicht entsteht. Der Kern soll dabei meist zäh und weich bleiben.

Nitrieren

Das Nitrieren (chemisch korrekt eigentlich Nitridieren) wird fachsprachlich auch als Aufsticken (Zufuhr von Stickstoff analog der Zufuhr von Kohlenstoff bei der Aufkohlung) bezeichnet und stellt ein Verfahren zum Härten von Stahl dar. Es gehört in der Gliederung der Fertigungsverfahren zu den Verfahren, bei denen das Produkt durch Modifizieren der Werkstoffeigenschaften erzeugt wird. Der in der Technik übliche Begriff des Nitrierens oder der Nitrierung führt häufig zu Missverständnissen, da in der Chemie so üblicherweise Verfahren bezeichnet werden, die zu Nitraten oder Nitroverbindungen führen, während beim hier beschriebenen Prozess Nitridverbindungen in den Werkstoffen entstehen. Deshalb wird häufig für die Verwendung des Begriffes Nitridieren plädiert, der sich jedoch in der Praxis bislang nicht durchsetzen konnte.