Aufkohlen in Schutzgasatmosphären

Vorteile Anwendungsbereiche Prozessdetails

Aufkohlen ist ein Randschichthärteverfahren, in dessen Verlauf die Oberfläche von Eisenlegierungen mit Kohlenstoff angereichert wird. Dabei wird das Metall in einer kohlenstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre erwärmt und auf einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur eine bestimmte Zeit lang gehalten. Um die aufgekohlte Oberflächenschicht zu härten, werden behandelte Bauteile abgeschreckt. Der Kern bleibt dabei unverändert.

Aufkohlen wird überwiegend zur Behandlung kohlenstoffarmer Stähle eingesetzt. Der hohe Marktanteil spiegelt die industrielle Bedeutung von Aufkohlungsverfahren wider. Ein Drittel aller Randschichthärtevorgänge wird durch Aufkohlen und Abschrecken abgedeckt.

Vorteile

Infolge des Aufkohlens und der anschließenden Abschreckung entsteht eine harte und verschleißfeste Oberfläche. Da der Kern unverändert bleibt, sind aufgekohlte Oberflächen außerdem auch bei hohen Belastungen sehr widerstandsfähig. Im Gegensatz zum Einsatzhärten können mit diesem Verfahren große Einsatzhärtetiefen erzielt werden.

Anwendungsbereiche

Typische Anwendungsgebiete sind Übersetzungsgetriebe und Antriebswellen in der Automobilindustrie, Windturbinen und Pumpenkomponenten sowie alle anderen Anwendungen, die lange Betriebszeiten und hohe Belastungen vorsehen. Dieses Verfahren eignet sich für unterschiedliche Stahlsorten. Die einzigartige Kombination aus harter, verschleißfester Oberfläche und einem weichen Kern kann über die Wahl der Legierungselemente und Prozessparameter beeinflusst werden.

Beispiele:

DIN SAE BS
1.7131 - 16MnCr5 5115/5117 590H17
1.7243 - 18CrMo4 4118H 708M20
1.6523 - 20NiCrMo2-2 8620H 805H20
1.5752 - 15NiCr13/14NiCr14 3310 655H13

Prozessdetails

Aufkohlen ist ein thermochemisches Verfahren, in dessen Verlauf Kohlenstoff in die Oberfläche eines kohlenstoffarmen Stahls (max. 0.25% Kohlenstoff) eindiffundiert wird. Die Diffusionsschicht und die effektive Einsatzhärtetiefe (Eht) betragen in der Regel weniger als 2mm, können aber auch 4-6mm groß sein. Der gesamte Prozess lässt sich in drei Phasen einteilen:

  • Thermochemischer Prozess in einem Kammerofen mit integriertem Abschreckbad zur Anreicherung der Oberfläche mit Kohlenstoff in einer kohlenstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre bei Temperaturen zwischen 880-980°C.
  • Aushärtung infolge der Abschreckung in Öl, Polymer-/Wasser-Lösung oder Salz.
  • Anschließend folgt ein Anlassvorgang. Die Anlasstemperatur und die Haltezeit hängen von den Anforderungen an die zu behandelnde Komponente und der vorgesehenen Anwendung ab. Als Folge des Anlassens werden Spannungsspitzen minimiert und Rissbildung reduziert.