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Kammerofen

Hier finden Sie Informationen zu Kammeröfen.

Körner

Körner sind einzelne Einheiten mit einem einheitlich ausgebildeten Kristallgitter.

Kolsterisieren

Das Kolsterisieren ist ein Oberflächenhärteverfahren für austenitische, rostfreie Edelstähle, die von Haus aus relativ weich sind. Die austenitischen Stähle sind mit martensitischen Härteverfahren nicht härtbar. Prozesse wie z.B. Nitrieren und Aufkohlen erhöhen bei diesen Stählen zwar das Verschleißverhalten, vermindern aber gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle durch Chromkarbid- bzw. Chromnitridausscheidungen. Grundsätzlich kann jeder austenitische, rostfreie Edelstahl kolsterisiert werden. Genauso können auch Nickelbasis-Legierungen wie z.B. Inconel 718 oder Hastelloy C276 und Duplex-Edelstähle behandelt werden. Bevorzugt werden molybdänhaltige Austenite, die nach dem Kolsterisieren eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit aufweisen.  Das Kolsterisieren ermöglicht eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, ohne dabei die Korrosionsbeständigkeit zu verändern. Die kolsterisierten Bauteile überzeugen durch bessere technische Eigenschaften, die zu einer verlängerten Lebensdauer führen kann. Die Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit wird beim Kolsterisieren mittels eines Diffusionsverfahrens bei niedriger Temperatur unter 300°C erzeugt. Hierbei diffundiert Kohlenstoff ein, der auf Zwischengitterplätzen gelöst wird und keine Carbide bildet. Aufgrund der großen Mengen Kohlenstoff kommt es zu Druckspannungen in der Oberfläche, die eine sehr hohe Oberflächenhärte von über 1000 HV 0,05 erzeugen. Trotz der hohen Oberflächenhärte (z.B. 75 HRC bei 1.4571 ) bleibt die Duktilität des Bauteils weitgehend erhalten. Nach der Behandlung zeigen die Bauteile keine Form- oder Maßänderungen. Die ursprüngliche Optik der Oberfläche bleibt erhalten. 

Korngrenzen

Das mettalurgische Gefüge besteht aus einer Vielzahl kleiner Körner unterschiedlicher Orientierung, die durch Korngrenzen voneinander getrennt sind.

Kritische Abkühlgeschwindigkeit

Die werkstoffabhängige kritische Abkühlgeschwindigkeit muss beim Härten erreicht werden, um eine Umwandlung des Austenits in Martensit zu erzielen.

 

Laserstrahlhärten

Das Laserstrahlhärten zählt wie das Flamm- und Induktionshärten zu den Randschichthärteverfahren. Viele Werkzeuge und Maschinenkomponenten unterliegen bei ihrem Einsatz erhöhtem Verschleiß.Um eine höhere Verschleißfestigkeit und damit eine höhere Standzeit zu erreichen, werden diese Teile randschichtgehärtet. Bei dem Laserstrahlhärteverfahren wird der Laserstrahl mit einstellbarer Brennfleckgröße mittels einer CNC- gesteuerten Mehrachsenanlage oder eines Roboters über die hochbelasteten Funktionsflächen geführt, die sich dabei über die Austenitisierungstemperatur (Härtetemperatur) erwärmen. Bei der anschließenden Selbstabschreckung durch das kalte, nicht erwärmte Bauteilvolumen härtet das Teil an der entsprechenden Stelle auf. 

Während bei großen Werkzeugen und Formen der Umformtechnik (Biege- und Schneidkanten) und der Kunststoffindustrie (Tauch- und Schließkanten) mit mehreren Tonnen Stückgewicht oftmals der wirtschaftliche Aspekt das partielle Härten mit dem Laser favorisiert, stehen bei anderen Bauteilen vor allem die technischen Vorteile im Vordergrund. Getriebe- und Motorenkomponenten mit einem Anforderungsprofil von harten verschleißfesten Oberflächen und zähen Kernen lassen sich beim Laserstrahlhärten ebenso realisieren wie gehärtete Teilbereiche von Turbinenschaufeln. Durch die lokal begrenzte Wärmebehandlung entsteht nur eine minimale Wärmeeinbringung und entsprechend geringer Verzug. Nacharbeit lässt sich dadurch stark reduzieren oder ganz vermeiden. Hohe Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit bewirken in der Härteschicht besonders feinkörnige Umwandlungsstrukturen (Gefügestrukturen) mit sehr guten mechanischen Eigenschaften; ein Abplatzen der Härteschicht ist nicht bekannt. Eine anschließende Anlassbehandlung zur Vermeidung von Rissgefahr ist nur in bestimmten Fällen, und zwar bei hochlegierten kohlenstoffreichen Kaltarbeitsstählen, erforderlich.

Lösungsglühen

Lösungsglühen ist ein Wärmebehandlungsprozess der bei austenitischen Güten Anwendung findet. Das Material wird bei Temperaturen von ca. 1000° bis 1100° C für 30 Minuten bis zu einigen Stunden (abhängig von den Werkstückabmessungen) auf Temperatur gehalten und anschließend in Wasser abgeschreckt. Eventuell im Austenit vorhandene Karbidausscheidungen, Delta-Ferrit oder Sigma-Phase werden so in Lösung gebracht und die Wasserabschreckung verhindert erneute Ausscheidungen. Bei dünnen Querschnitten kann auch schnelle Luftabkühlung ausreichend sein. Das nach der Warmumformung meist feine Austenitkorn vergröbert sich dabei mehr oder weniger stark. Lösungsglühen dient bei austenitischen Werkstoffen auch der Rekristallisation von kaltverformtem Material (z.B. nach dem Ziehen oder Tiefziehen) und führt zum Abbau von Kaltverfestigungen. Zu lange Haltezeit und zu hohe Temperaturen begünstigen das Kornwachstum negativ und es kann schnell zur Grobkornbildung kommen.

Martensit

Martensit ist ein metastabiles Gefüge in Metallen und auch Nichtmetallen, das diffusionslos und athermisch durch eine kooperative Scherbewegung aus dem Ausgangsgefüge entsteht. Dabei muss das Material von der Temperatur einer Hochtemperaturphase (bei Stahl: γ-Phase, Austenit) unter die Gleichgewichtstemperatur zu einer Niedertemperaturphase (bei Stahl: α-Phase, Ferrit) abgekühlt (meist abgeschreckt) werden. Die Unterkühlung unter die Gleichgewichtstemperatur muss tief genug sein, um die notwendige Triebkraft für die athermische Phasenumwandlung zu erzeugen (siehe Abbildung 3), muss aber auch schnell genug erfolgen, um Diffusionsvorgänge zu verhindern (siehe Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild). Die notwendige Unterkühlung und Abkühlgeschwindigkeit sind stark vom betrachteten Material (bei Stahl: von den Legierungselementen) abhängig und variieren über einen weiten Bereich, so dass manchmal ein rasches Abschrecken in Wasser und evtl. anschließendes Tiefkühlen in flüssigem Stickstoff (wegen des Leidenfrost-Effekts ist ein direktes Abschrecken mit flüssigem Stickstoff nicht möglich) notwendig ist, manchmal genügt auch ein langsames Abkühlen an Luft oder im Warmbad.

Wird die Hochtemperaturphase bei Raumtemperatur metastabil konserviert, kann sie spannungs- oder dehnungsinduziert in Martensit umwandeln (siehe Restaustenitumwandlung bei Stählen). Reversible martensitische Umwandlungen als Grundphänomen des Form-Gedächtnis-Effektes gehören ebenfalls in diese Kategorie. Martensitische Umwandlungen kommen bei unlegierten und legierten Stählen als auch bei vielen Nichteisen-Metallen, Keramiken und Polymeren vor und sind kein rein auf Metalle beschränktes Phänomen. Für Stähle ist die martensitische Umwandlung eine häufig genutzte Möglichkeit der Eigenschaftsbeeinflussung (siehe Härten und Anlassen). Das Gefüge ist nach dem deutschen Metallurgen Adolf Martens (1850–1914) benannt.

Maß- und Formänderungen

Maß- und Formänderungen treten bei nahezu allen Wärmebehandlungen auf. Der heute übliche Sprachgebrauch trennt gemäß DIN 17014 die meist weniger kritischen Änderungen der Maße eines Werkstücks (Maßänderungen) von den viel gefährlicheren Formänderungen. Unter Formänderungen sind die Veränderungen von Winkelbeziehungen und Krümmungen am Werkstück zu verstehen. Der Begriff "Verzug" sollte eher als umgangssprachliche Terminologie verwendet werden, wenn allgemein über Maß- und/oder Formänderungen gesprochen wird. Insbesondere zu große Formänderungen führen im Extremfall zur Unbrauchbarkeit wärmebehandelter Werkstücke. Zudem sind die mittlerweile gebräuchlichen mechanischen Nachbearbeitungsmöglichkeiten wie Hartfräsen und -drehen ebenso wie die altbekannten Abhilfemaßnahmen Schleifen und Richten recht kostspielig. Somit besitzt die Vermeidung unnötiger Maß- und Formänderungen nach wie vor eine enorme wirtschaftliche Bedeutung. Viele Einflussfaktoren beeinflussen das Maß- und Formänderungsverhalten. Weil die Maß- und Formänderungen im Allgemeinen erst nach der Wärmebehandlung zu Tage treten, werden zumeist hier Fehler vermutet und Verbesserungen eingefordert. Dies geschieht häufig zu Unrecht, weil ihre Entstehung oftmals durch Fehler während der vorgeschalteten Prozesse bedingt ist. Grundsätzlich lassen sich unvermeidbare und vermeidbare Maß- und Formänderungen unterscheiden. 

In erster Linie sind Umwandlungs- sowie Wärmespannungen Ursachen für nicht zu verhindernde Maß- und Formänderungen. Umwandlungsspannungen entstehen durch das unterschiedliche spezifische Volumen der Gefügearten Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Austenit, aber auch angelassenen Martensit. Die beim klassischen Härten unabdingbare und gewollte Bildung von Martensit führt damit unausweichlich zu maßlichen Veränderungen und ist zumeist mit einer Verlängerung der Werkstücke in Walzrichtung verbunden. Aber selbst ohne Gefügeumwandlung treten während der Erwärmung und Abkühlung Wärmespannungen auf. Sie kommen aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen dem Rand und dem Kern des Bauteils zwangsläufig zustande. Sobald die Spannungen die Streckgrenze des Stahls überschreiten, kommt es zu plastischen Verformungen. Sie sind um so größer, je höher die Abschrecktemperatur und die Abschreckgeschwindigkeit, je kleiner die Wärmeleitfähigkeit und Warmfestigkeit, je größer die Wärmeausdehnung und nicht zuletzt je größer die Bauteilabmessungen sind. Zusätzlich werden die vor dem Härten im Bauteil vorliegenden, bei Raumtemperatur zunächst noch elastischen Eigenspannungen, bei Erwärmung zumindest teilweise plastisch abgebaut, weil die Streckgrenze mit steigender Temperatur abnimmt. 

Oft werden Maß- und Formänderungen durch Asymmetrien unterschiedlichster Art verursacht, die jedoch in vielen Fällen vermeidbar wären. Bereits in der Konstruktionsphase sollte auf eine möglichst symmetrische Ausgestaltung geachtet werden, zu große Querschnittsunterschiede sowie scharfe Kanten sind unbedingt zu vermeiden. Der verwendete Werkstoff kann ungewollt Asymmetrien, wie etwa Seigerungen u.a., in sich bergen. Während der mechanischen Fertigung führt eine einseitige Spanabnahme zum einseitigen Verbleib der vom Walzen beeinflussten Randzone und damit ebenso zu vermeidbaren Asymmetrien im Gefügeaufbau. Weiterhin kann das Maß- und Formänderungsverhalten mitunter günstig beeinflusst werden, wenn während der Fertigung die Walzrichtung des Vormaterials beachtet wird. Dies sind Beispiele für häufig beobachtete Fehler und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Ihnen allen ist gemeinsam, dass ihre Folgen hinsichtlich des Maß- und Formänderungsverhalten erst währen der Wärmebehandlung zu Tage treten, nicht jedoch durch diese verursacht werden. Gleichwohl können natürlich auch ungeeignete Wärmebehandlungsparameter vermeidbare Maß- und Formänderungen verursachen. Als Beispiel sei eine zu schnelle und damit ungleichmäßige Erwärmung bzw. Abkühlung vor allem dickwandiger Werkstücke erwähnt. Die Möglichkeiten zur Verringerung von Maß- und Formänderungen sind sehr individuell und werden u.a. durch die Geometrie des Werkstücks, den verwendeten Werkstoff sowie das gewählte Wärmebehandlungsverfahren bestimmt.

Neutralhärten

Neutralhärten ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das auch als martensitisches Abschrecken oder Abschreckhärten bezeichnet wird. Das Verfahren wird zur Erzielung hoher Härte/Festigkeit von Stählen verwendet und beinhaltet mehrere Prozessschritte, nämlich Austenitisieren, Abschrecken und Anlassen, die zur Ausbildung eines angelassenen Martensits bzw. eines Bainitgefüges führen.

Nitrieren

Unter Nitrieren wird der Vorgang des Glühens in stickstoffabgebenden Mittel verstanden. Es kommen gasförmige (Stickstoffträger ist meist NH3) und flüssige (Stickstoffträger ist meist KCN-Salz) Aufstickungsverfahren zum Einsatz. Beim Gasnitrieren spaltet sich laufend während der gesamten Wärmebehandlungsdauer das Ammoniak (NH3) in atomaren Stickstoff und Wasserstoff auf. Beim Badnitrieren zersetzt sich das Kaliumzyanit und gibt atomaren Stickstoff und Kohlenstoff frei. Diese Vorgänge geschehen unter Einwirkung von Temperatur und der katalytischen Wirkung der Eisenoberfläche. Der dann vorliegende atomare Stickstoff kann in die Werkstückoberfläche eindiffundieren. Beim Verfahren des Plasmanitrieren findet die Einlagerung von Stickstoff an der Werkstückoberfläche im Vakuum, unter Zuhilfenahme eines durch Glimmentladung erzeugten Plasmas, statt. Zweck dieser Wärmebehandlungsverfahren ist eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Härte der Oberfläche. Dies wird durch das Entstehen von hohen Druckeigenspannungen, als Folge der Volumenzunahme durch Stickstoffanreicherung, und durch die Ausscheidung von Sondernitriden erreicht. Die Nitriertemperatur beim Gasnitrieren liegt bei ca. 500 - 530° C und beim Salzbadnitrieren bei ca. 550 - 580° C. Die Temperaturen beim Plasmanitrieren sind überlicherweise bei ca. 480° - 580° C, können in Sonderfällen aber bis auf 350°C abgesenkt werden. Nach Beendigung der Nitrierzeit wird das Material an Luft abgekühlt oder manchmal auch in Öl oder Wasser abgeschreckt (Vermeidung von Anlassversprödung aber größere Gefahr des Verzugs). Beim Nitrieren von vergütetem Material ist darauf zu achten eine ausreichende thermische Stabilität zu gewährleisten. Die Nitriertemperatur sollte aus diesem Grund mindestens ca. 30 - 50° C unter der Anlasstemperatur liegen, um eine erneute Anlasswirkung, welche eine Abnahme der Kernfestigkeit zur Folge hätte, zu verhindern. Eine sehr lange Nitrierdauer könnte die gleichen Auswirkungen zur Folge haben. Nitrierhärtetiefe ist die Zone, gemessen von der Oberfläche bis zu dem Punkt, an dem eine zuvor festgelegte Härte noch erreicht wird. Die Tiefe von Nitrierzonen liegt üblicherweise bei 0,2 bis 0,4 mm. Bei sehr langer Nitrierdauer kann die Nitriertiefe aber auch bis zu 1 mm betragen. Für das Gasnitrieren und Salzbadnitrieren werden bevorzugt Werkstoffe aus der Gruppe der Nitrierstähle verwandt aber es eignen sich ebenso normale Bau- und Vergütungsstähle. Für das Plasmanitrieren eignen sich auch hoch legierte Chromstähle. 

Eine Sonderform des Nitrierens ist das Nitrocarburieren. Bei diesen Verfahren, die ebenfalls im Gasstrom, Salzbad oder Plasma im gleichen Temperaturbereich wie oben beschrieben durchgeführt werden, werden neben Stickstoffträgern auch Kohlenstoffträger angeboten. Beide Elemente N und C werden kontrolliert eingesetzt und diffundieren parallel in die Werkstückoberfläche ein.

Normalisieren

Beim Normalisieren soll im Material eine einheitliche Gefügestruktur mit feinem Korn ausgebildet werden. Es wird zum Beseitigen von ungleichmäßigen und groben Gefügen angewandt. Bei dieser Wärmebehandlung findet eine vollständige Gefügeumwandlung (meist Ferrit-Perlit oder Perlit) und die Neubildung der Körner statt. Das Material soll möglichst rasch auf Temperatur gebracht werden. Es gibt eine Faustregel (n. Hanemann), danach soll mindestens 4° C pro Minute aufgeheizt werden. Die Temperaturen für das Normalisieren liegen bei untereutektoiden Stählen ca. 30° bis 50° C oberhalb von Ac3 und bei übereutektoiden Stählen ca. 30° bis 50° C über Ac1. Die Haltezeit auf Glühtemperatur beträgt ca. 20 + (D(mm) / 2) Minuten (n. Ruhfus). Die Haltezeit wird vom Zeitpunkt an gerechnet, an dem die Oberfläche des Werkstücks die erforderliche Temperatur erreicht hat. Außer dem vorgenannten Berechnungsmodell gibt es auch noch andere Formeln. Auf jeden Fall ist das Material vollständig zu austenitisieren, das heißt der Ferrit muß vollständig und die Karbide müssen nahezu vollständig aufgelöst sein (Ausnahme übereutektoide Stähle, hier bleibt ein Rest an Karbiden ungelöst). Die Abkühlung nach der Glühung hat langsam zu erfolgen, entweder an ruhender Luft oder eventuell auch im Ofen. Bei zu schneller Abkühlung kann sich, insbesondere bei höher legierten Stählen, eventuell Martensit oder Zwischenstufengefüge ausbilden. Unterhalb ca. 600°C ist die Abkühlgeschwindigkeit nicht mehr so kritisch. Gefügefehler durch Überhitzung oder Überzeitung können durch eine erneute Wärmebehandlung mit richtig eingestellten Parametern korrigiert werden. Nach der Wärmebehandlung soll das Gefüge bei untereutektoiden Stählen aus Ferrit und Perlit bestehen. Bei übereutektoiden Stählen liegt Perlit und Korngrenzenzementit vor.