Das Anlassen schließt sich unmittelbar dem Härten an. Erst die Kombination Härten + Anlassen (= Vergüten) erzeugt das Vergütungsgefüge mit den optimierten mechanischen Eigenschaften für den jeweiligen Einsatzfall.

Das Anlassen gehört wie das Härten zu den thermischen Verfahren, die das gesamte Bauteil, d.h. von der Randzone bis in die Kernbereiche, in ihren mechanischen Eigenschaften beeinflussen.

Im gehärteten Zustand weist das Bauteil je nach Stahlzusammensetzung eine sehr hohe Härte auf, ist aber gleichzeitig sehr spröde und kann im gehärteten Zustand nicht
eingesetzt werden. Dabei gilt die Faustformel, dass mit steigender Härte die Zähigkeit sinkt.

Das Anlassen verfolgt den Zweck, die Härte eines gehärteten Bauteils so weit zu verringern, dass die geforderten Zähigkeitswerte erreicht werden. Der gleichzeitig auftretende Härteverlust wird in Kauf genommen. Welcher Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit eingestellt werden muss, entscheidet der Konstrukteur; denn nur er kennt den Verwendungszweck und die Belastung des Bauteils. Legt man ein Kriterium fest, z.B. die Anlasshärte, ist die Zähigkeit auch festgelegt. Es ist nicht möglich, beide Eigenschaften
unabhängig voneinander einzustellen.

Bei manchen Stählen, z.B. Warmarbeitsstähle und Schnellarbeitsstähle, sind mehrfache Anlassbehandlungen (bis zu 4 mal) notwendig, um optimale mechanische Eigenschaften zu erhalten. Die Dauer der Anlassbehandlung richtet sich nach dem Bauteilquerschnitten und der Chargengröße; die minimale Haltezeit nach vollständiger Durchwärmung
der Werkstücke ist 1 Stunde. Das Anlassen kann in Schutzgasanlagen, Vakuumanlagen, Salzbädern oder in Anlagen mit Luft (z.B. Induktionsanlagen) durchgeführt werden. Die Wahl der Atmosphäre beeinflusst die Oberfläche der Bauteile.

Es werden alle Werkstoffe angelassen, die härtbar sind. Die Anlasstemperatur ist abhängig von der Stahlzusammensetzung und der gewünschten Endhärte. Die Stahlhersteller geben zu den verschiedenen Stählen sogenannte Anlassschaubilder heraus. Hier kann man den Härteverlauf in Abhängigkeit von der Anlasstemperatur ablesen.

Eine Anlassbehandlung verbessert die Zähigkeit eines gehärteten Bauteils und sollte daher nach jeder Härtung durchgeführt werden.

Zur Auswahl der richtigen Anlasstemperatur benötigt der Wärmebehandler entweder die direkte Angabe der Temperatur (eher unüblich) oder die Sollhärte. Es ist darauf zu achten, dass die Anlasstemperaturen selbst bei gleicher Stahlqualität nicht immer gleich hoch sind. Die Bauteilabmessung und die aktuelle Chargenzusammensetzung können sich ändern. Hierauf muss sich der Lohnhärter jeweils individuell einstellen.

Weitere, für das Anlassen notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Der konventionelle Weg zur Erhöhung von Härte bzw. Festigkeit ist das Vergüten. Ein zweiter, etwas speziellerer Weg ist das Bainitisieren, das früher Zwischenstufenvergüten genannt wurde.

Bei dieser Wärmebehandlung wird das Bauteil in gleicher Weise wie beim Härten austenitisiert, d.h. es erfolgen abhängig vom Werkstoff Wärmebehandlungen bei Temperaturen von 800 – 1.050°C.

Das Abschrecken erfolgt dann in einem (Salz-)Warmbad oder in einem Vakuumofen mit Warmbad-Simulation. Die Temperatur des Warmbades richtet sich nach dem Werkstoff und liegt zwischen 250 und 450°C. Das Bauteil verweilt im Warmbad bei gleichbleibender Temperatur (isotherm), bis die Gefügeumwandlung von Austenit nach Bainit (=Zwischenstufe) abgeschlossen ist. Dabei bildet sich kein Martensit. Je nach Werkstoff kann die Umwandlung in einigen Minuten abgeschlossen sein; manchmal dauert es aber auch mehrere Stunden. Anschließend wird das Bauteil an der Luft abgekühlt und darf auf keinen Fall mehr angelassen werden.

Bainitgefüge haben sehr spezielle Eigenschaften, die sich durch hohe Festigkeiten (Härten), maximale Zähigkeiten und üblicherweise durch relativ geringe Verzüge auszeichnen. Nicht jedes Bauteil und nicht jeder Werkstoff ist für das Bainitisieren geeignet. Die geschilderten positiven Eigenschaften können nur dann erreicht werden, wenn während der Abkühlung keine anderen Gefüge, z.B. Ferrit, Perlit, oberer Bainit gebildet werden. Dünnwandige Bauteile oder legierte Stähle mit hoher Härtbarkeit eignen sich besonders gut für dieses Verfahren.

Typischerweise werden Bauteile aus Stählen wie C45, C75, C67E, 42CrMo4, 65Cr3, 67SiCr5, aber auch legiertes Gusseisen bainitisiert (ADI Material).

Dieses Verfahren hat den Vorteil bestmöglicher Zähigkeit bei höher Härte. Gleichzeitig bietet es sehr günstige Voraussetzungen für die Minimierung des Härteverzugs. TypischeAnwendungsbeispiele für das Bainitisieren findet man bei Sicherheitsgurtbeschlägen aus dem Automobilbau, bei Federn, Nägeln und speziellen Messerklingen, aber
auch bei Kurbelwellen aus legiertem Gusseisen.

Die Beurteilung, ob dieses Verfahren anwendbar und auch technisch durchführbar ist, erfordert schon spezielle Wärmebehandlungskenntnisse. Wir empfehlen daher die direkte Kontaktaufnahme zu einem Lohnhärter, der dieses Verfahren anbietet. Hier erfahren Sie dann auch, welche Daten benötigt werden, um zu einer erfolgreichen Anwendung zu kommen.

Weitere, für das Bainitisieren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Die Bauteilreinigung vor und nach der Wärmebehandlung ist heute fester Bestandteil von Wärmebehandlungsprozessen. Auf den Werkstückoberflächen verbleibende Rückstände beeinflussen nicht nur das Wärmebehandlungsergebnis, sondern auch die Funktion der Wärmebehandlungsanlage und des zum Einsatz kommenden Abschreckmittels. Unvollständiges Reinigen nach der Wärmebehandlung kann nachfolgende Beschichtungsprozesse stören.

Die in Härtereien für die Bauteilreinigung zum Einsatz kommenden Reiniger / Reinigungsverfahren sind Luft (Ablassen von leicht anhaftenden Verschmutzungen), Wasser, Vakuumfette (z.B. nach dem Sintern), Oxidieren, Glühen (bei hartnäckigen Verschmutzungen: Ziehseifen, Schmiermittel), CKW-Reiniger, entarmomatisierte Kohlenwasserstoff-Reiniger/modifizierte Alkohole, stark alkalische Reiniger (z.B. Entphosphatieren), alkalische Reiniger, leicht alkalisch und neutral eingestellte wässrige Reiniger, schwach und stark saure Reiniger (z.B. vor dem Phosphatieren und Beizen).

CKW-Reiniger und entaromatisierte Kohlenwasserstoffreiniger/modifizierte Alkohole werden bevorzugt für die Teilreinigung vor dem Nitrieren und vor Vakuum- und Plasmahärteverfahren eingesetzt, vereinzelt auch vor Aufkohlungsprozessen. Stark alkalische Reiniger werden hauptsächlich zum Entphosphatieren in der Schraubenindustrie eingesetzt.

Die in Härtereien am häufigsten verbreiteten Reinigungsmittel für die Bauteilreinigung vor und nach der Wärmebehandlung sind leicht alkalisch und neutral eingestellte wässrige Reiniger. Sie ermöglichen neben der guten Reinigungs- und Korrosionsschutzwirkung eine exakte Abstimmung auf die Anlagentechnik, die Bauteilgeometrie und unterschiedliche Verschmutzungsarten. Leicht alkalische Reiniger finden Verwendung, wenn ein hoher Reinheitsanspruch, beispielsweise vor dem Galvanisieren bzw. Beschichten, besteht. Aufgrund der Reinigerbestandteile muss nach dem Waschen gründlich gespült werden. Neutralreiniger werden eingesetzt, wenn Emulsionen, dünnflüssige Öle und Späne abzureinigen sind. Sie hinterlassen normalerweise keine Salzrückstände auf den gereinigten Bauteilen. Sie bewirken darüber hinaus einen temporären Korrosionsschutz auf den Bauteilen.

Zum Einsatz kommen einstufige und mehrstufige Anlagen. Neue Anlagen haben mehrere Reinigungs- und Spülstufen mit z.T. integrierter Trocknungsstufe. Die Versorgung der unterschiedlichen Reinigungs- und Spülstufen erfolgt aus getrennten Vorratsbehältern. Hinsichtlich der Reinigungsverfahren wird zwischen der Tauch-, Spritz-
und Flutreinigung unterschieden. Die Reinigungsqualität kann mittels mechanischer und thermischer Unterstützung durch dieAnlagentechnik erhöht werden.

Einfluss auf das Reinigungsergebnis hat nicht nur die Auswahl der zum Einsatz kommenden Wasserqualität und des „richtigen“ Reinigers. Vielmehr kann nur dann ein optimales bzw. besseres Reinigungsergebnis erzielt werden, wenn die Bauteilgeometrie, die Verschmutzungsart und -menge, die Anlagentechnik und der Verfahrensablauf miteinander abgestimmt werden. Dabei ist auch von Bedeutung, in welchem Maße der eingetragene Schmutz durch entsprechende Aufbereitungstechnologien
(Skimmer, Kaskadensysteme, o.ä.) wieder aus der Reinigerlösung entfernt wird.

Borieren ist wie Nitrieren, Nitrocarburieren und Einsatzhärten ein thermochemisches Randschichthärteverfahren zur Erzeugung einer verschleißbeständigen Randschicht auf den Bauteilen. Boridschichten werden zur Senkung des abrasiven und adhäsiven Verschleißes eingesetzt. Die hohe Härte der Boridschicht, die je nach Substratwerkstoff zwischen 1600 und 2800 HV liegt, bildet die Basis für den Widerstand gegen Abrasivverschleiß. Die gute Eigenschaft gegen Adhäsivverschleiß ist auf die geringe
Kaltschweißneigung der Boridschicht zurückzuführen. Anwendungsgebiete für Boridschichten sind der Fahrzeug-, Maschinen-, Anlagen- und Apparatebau.

Nach DIN/EN 10052 versteht man unter Borieren eine thermochemische Behandlung, die Anreicherung der randnahen Zone eines Werkstückes mit Bor und die Bildung einer Boridschicht auf den Werkstücken. Das Borieren läuft bei Temperaturen von 850 bis 950°C ab. Als Borspender kommen heute fast ausschließlich pulver- und pastenförmige Bormittel zur Anwendung. Das Bor diffundiert in die Randzone der Werkstücke und bildet an der Oberfläche eine kompakte Randschicht aus FeB, Fe²B. Die Härte (1600-2800 HV) und die Dicke der Boridschicht (bis 100µm) hängt vom Grundwerkstoff ab.

Prüfverfahren HV und HK mit Prüflasten von 1kg und kleiner, in Abhängigkeit von der Diffusionstiefe.

Wie oben schon beschrieben, reduziert die Boridschicht abrasiven und adhäsiven Verschleiß.Aufgrund des guten Antihafteffektes gegenüber Glasschmelzen werden Boridschichten in großem Umfang bei der Herstellung von Werkzeugen für die Glasindustrie eingesetzt. Durch die geringe Adhäsionsneigung kommt die Boridschicht bei der
Aluminiumverarbeitung zum Einsatz. Typische Einsatzgebiete sind außerdem Mühlenteile, Pumpenteile, Armaturenteile, Zement- und Kohleverarbeitung, Tabak- und Holzverarbeitung sowie Keramikverarbeitung.

Weitere, für das Borier-Verfahren notwendigen Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Das Carbonitrieren zählt zu den thermochemischen Verfahren. Im Rahmen dieses Verfahrens wird die Randschicht von Bauteilen mit Kohlen- und Stickstoff angereichert und die mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht (z.B. Verschleiß) verbessert.

Es nimmt praktisch die Mittelstellung zwischen Einsatzhärten und nitrieren ein. Die Carbonitriertemperaturen sind niedriger als die bei der Einsatzhärtung, jedoch höher als die Nitriertemperaturen. Die Temperaturen bei der Carbonitrierhärtung im Gas liegen im allgemeinen zwischen 760°C und 900°C. Während beim Einsatzhärten Kohlenstoff und beim Nitrieren Stickstoff in die Stahloberfläche eindringt, beruht die Wirkung der Carbonitrierung auf Kohlenstoff- und gleichzeitig Stickstoffdiffusion. Durch Anreicherung von Stickstoff wird die Härtetemperatur und die kritische Abkühlgeschwindigkeit herabgesetzt, so dass milder abgeschreckt werden kann. Beide Faktoren verringern das Risiko des Verzugs. Mit einer anschließenden Anlassbehandlung wird die gewünschte Oberflächenhärte eingestellt. Falls eine partielle Carbonitrierung gefordert ist, können die nicht zu carbonitrierenden Bereiche isoliert werden.

Für das Carbonitrieren eignen sich unlegierte und niedrig legierte Einsatzstähle sowie Automaten- und Baustähle. Dies sind im allgemeinen Stähle mit Kohlenstoffgehalten unter 0,2%.

Das Carbonitrieren dient dazu, der Randschicht von Werkstücken und Werkzeugen aus Stahl eine wesentlich höhere Härte und den Werkstücken und Werkzeugen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen.

Durch das Carbonitrieren entsteht ein erhöhter Verschleißwiderstand unter gleichzeitiger Verzugsarmut.

Weitere, für das Carbonitrieren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

CVD steht als Abkürzung für chemical vapour desposition. Es handelt sich dabei um die Abscheidung von Feststoffen aus der Gasphase, wobei die Gasphase im Gegensatz zu den PVD-Verfahren, auf chemischem Weg erzeugt wird. Man macht sich dabei zunutze, dass flüchtige Verbindungen unter Zuführung von Wärme chemisch reagieren und als Schicht kondensieren.

Seit 1960 wird die relativ aufwendige Verfahrenstechnik zur industriellen Herstellung, insbesondere von Verschleißschutzschichten, angewendet.

Chemische Reaktionen, die zur Erzeugung der Verschleißschutzschichten genutzt werden, sind zum Beispiel:

Bei Titankarbid lassen sich Schichthärten über 3000 HV0,05 erreichen, bei Titannitrid bis 2300 HV0,05, bei Aluminiumoxid bis 2100 HV0,05. Damit diese Reaktionen ablaufen, sind Temperaturen von 800 bis 1100°C notwendig.

CVD-beschichtete Werkzeuge und Bauteile werden visuell auf Schichtfehler überprüft.

Vorteile von CVD-Schichten sind insbesondere ihre sehr gute Haftung aufgrund ihrer Verankerung durch Diffusion im Trägerwerkstoff. Durch das Einbringen der Beschichtungsstoffe in den CVD-Ofen als Gase ergibt sich eine sehr gute Konturenfolgung der Schicht auch auf komplizierten Geometrien.

Weitere, für das CVD-Verfahren notwendige Angaben, sind dem Lohnbeschichter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Wärmebehandlung, ein Begriff aus der Werkstofftechnik, beinhaltet ein zeitlich begrenztes Erwärmen von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stählen auf bestimmte Temperaturen, unter Beachtung der Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften.
Durch Wärmebehandlung erhalten die Bauteile die Eigenschaften wie z.B. Härte, Zähigkeit und Zugfestigkeit, die für ihren späteren Einsatz erforderlich sind.

Bei den Wärmebehandlungsprozessen sind die Einflussfaktoren Zeit (Erwärmungs- und Haltezeit), Temperatur, Atmosphäre und Abschreckung bzw. Abkühlung von entscheidender Bedeutung.

Die Erwärmungszeit muss so bemessen sein, dass der Temperaturanstieg sehr gleichmäßig im gesamten Bauteil erfolgen kann, um so den Verzug möglichst gering zu halten. Die Haltezeit ist in einem festgelegten Temperaturbereich so zu wählen, dass sich die gewünschten Gefügeänderungen einstellen, oder, dass die Elemente Kohlenstoff beim Einsatzhärten bzw. Stickstoff beim Nitrieren eindiffundieren können.

Die Auswahl der Temperatur hängt vom Werkstoff und vom gewünschten Wärmebehandlungsergebnis ab.
Die magische Grenze z.B. für Stähle mit 0,8% Kohlenstoff liegt bei 723°C. Oberhalb dieser Temperatur entsteht eine Gefügestruktur, die man durch geeignetes Abkühlen in ihren Eigenschaften gezielt verändern kann. Unterhalb dieser Temperatur wird angelassen oder entspannt, um Sprödigkeit, die beim Härten entsteht, zu verhindern. Je nach
Temperatur und Material können dadurch verschiedene Zähigkeitsstufen erreicht werden.

Durch die Auswahl von geeigneten Atmosphären können im Rahmen der WärmebehandlungVerfärbungen und Verzunderungen an den Bauteiloberflächen vermieden werden. Dies geschieht, indem man den dafür verantwortlichen Sauerstoff mit anderen, neutralen „Schutzgasen“ eliminiert oder ein Vakuum erzeugt.

Durch die Abschreckung bzw. Abkühlung wird eine Veränderung der Gefügestruktur erreicht, um so ein neues hartes Gefüge mit dem Namen „Martensit“ zu erzeugen.

In der Wärmebehandlung unterscheidet man grundsätzlich zwischen Verfahren die eine durchgreifende Gefügeumwandlung bewirken und Verfahren die lediglich eine Umwandlung an der Oberfläche eines Werkstückes verursachen. Zu den erstgenannten Verfahren gehören das Glühen und das Härten, d.h. die thermischen Verfahren.
Wärmebehandlungsverfahren, die eine Umwandlung an der Oberfläche zum Ziel haben, zählen zu den Diffusions- und Beschichtungsverfahren bzw. zu den thermochemischen Verfahren. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Wärmbehandlungsverfahren:

Ausführliche Informationen zu den speziellen Wärmebehandlungsverfahren können hier im Internet abgerufen werden.

Das Einsatzhärten zählt zu den thermochemischen Verfahren. Im Rahmen dieses Verfahrens wird die Randschicht von Bauteilen und Werkzeugen mit einem Kohlenstoff abgebenden Medium aufgekohlt und anschließend abgeschreckt. Hierdurch werden die mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht (z.B. Verschleiß) verbessert.
Die Abschreckung kann entweder direkt aus der Aufkohlungstemperatur oder nach einem Zwischenkühlen und Wiedererwärmen auf eine werkstoffspezifische Härtetemperatur erfolgen. Dies sind nur zwei Varianten möglicher Temperatur-Zeit-Folgen beim Einsatzhärten. Die Aufkohlung erfolgt in der Regel zwischen 880 bis 980°C. Nach dem Abhärten der aufgekohlten Bauteile ist überwiegend ein Anlassen erforderlich, um die aus der Härtung entstandenen Spannungen zu mindern und die geforderten Gebrauchs-
festigkeiten einzustellen. Für das Einsatzhärten stehen dem Wärmebehandler unterschiedliche Anlagentechniken wie z.B. Kammeröfen, Durchlauföfen, Salzbäder,
Niederdruckanlagen etc. zur Verfügung. Partielles Einsatzhärten ist dank geeigneter Isoliertechniken möglich. Aufgekohlt wird mit Pulver, Salz, Gas und Plasma. Als Abschreck-
medien werden hauptsächlich Öle und synthetische Polymerlösungen eingesetzt.

Einsatzstähle sind Baustähle mit verhältnismäßig niedrigem Kohlenstoffgehalt, die für Bauteile verwendet werden und deren Randschicht vor dem Härten üblicherweise aufgekohlt oder carbonitriert wird. Einsatzhärtestähle liegen im Kohlenstoffgehalt unter dem der Vergütungsstähle, also unter 0,25%.

Das Einsatzhärten dient dazu, der Randschicht von Werkstücken und Werkzeugen aus Stahl eine wesentlich höhere Härte und den Werkstücken und Werkzeugen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen. Einsatzgehärtete Bauteile und Werkzeuge zeichnen sich durch erhöhten Verschleißwiderstand, einen zähen Kern sowie durch eine
erhöhte Biegewechselfestigkeit aus. Diese Eigenschaften sind vor allem bei Getriebeteilen erwünscht.

Das Einsatzhärten dient dazu, der Randschicht von Werkstücken und Werkzeugen aus Stahl eine wesentlich höhere Härte und den Werkstücken und Werkzeugen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen. Einsatzgehärtete Bauteile und Werkzeuge zeichnen sich durch erhöhten Verschleißwiderstand, einen zähen Kern sowie durch eine
erhöhte Biegewechselfestigkeit aus. Diese Eigenschaften sind vor allem bei Getriebeteilen erwünscht.

Weitere, für das Einsatzhärten notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Unter Glühen versteht man die Behandlung eines Werkstückes bei einer bestimmten Temperatur, mit einer bestimmten Haltedauer und einer nachfolgend, der Erzielung der angestrebten Werkstoffeigenschaften, angepassten Abkühlung.

Das Normalglühen wird hauptsächlich nach vorausgegangener Warmumformung von Bauteilen vorgenommen. Das Erwärmen erfolgt auf eine Temperatur etwas oberhalb der Härtetemperatur mit einem anschließenden Abkühlen an ruhender Atmosphäre, um eine gleichmäßige Kornstruktur zu erzielen.

Das Spannungsarmglühen ist ein Glühen bei hinreichend hohen Temperaturen (bei vergüteten Stählen jedoch unterhalb der letzten Anlasstemperatur) mit dem Ziel, die Eigenspannungen ohne wesentliche Änderungen des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften zu verringern.

Unter Weichglühen versteht man ein Glühen bei einer Temperatur dicht unterhalb des unteren Umwandlungspunktes mit anschließendem, langsamen Abkühlen, um einen möglichst weichen Zustand zu erzielen.

Das GKZ-Glühen, das Glühen auf kugeligem Zementit, ist auch ein Weichglühvorgang, wobei allerdings durch ein Pendelglühen mit anschließender, langsamer Abkühlung ein möglichst hoher Einformgrad der Karbide erzielt wird. Diese Behandlung ist z.B. für ein nachfolgendes Kaltmassivumformen von großer Bedeutung.

Das Grobkornglühen, auch Hochglühen genannt, findet bei einer Temperatur oberhalb der Härtetemperatur mit einer zweckentsprechenden Abkühlung statt, um ein gröberes Korn (z.B. zur Verbesserung der Zerspanbarkeit) zu erzielen.

Das Diffusionsglühen ist ein Glühen bei sehr hohen Temperaturen im Rekristallisationsgebiet. Ziel ist, z.B. die durch Kaltumformung eingetretenen Eigenschafts- und Gefügeänderungen partiell oder vollständig rückgängig zu machen, ohne dass eine Gefügeumwandlung stattfindet.

Das Lösungsglühen wird vorwiegend bei austenitischen Stählen zum Lösen ausgeschiedener Bestandteile in Mischkristallen und zur Eliminierung von Spannungen bei vorausgegangener Kaltverfestigung durchgeführt.

Alle Stähle

Weitere für das Glühverfahren notwendige Angaben sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag herangezogen werden.

Unter Härten versteht man eine Wärmebehandlung bestehend aus Austenitisieren und Abkühlen unter solchen Bedingungen, dass eine Härtezunahme durch mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in der Regel in Martensit erfolgt.

Das Austenitisieren ist der Behandlungsschritt, in dem das Werkstück auf Austenitisierungstemperatur gebracht wird und durch vollständige Phasenumwandlung und Carbidauflösung die Matrix des Stahls austenitisch wird.

Nach dem Austenitisieren erfolgt das Abkühlen. Damit das gesamte Werkstück ein martensitisches Gefüge annimmt, muss die Geschwindigkeit des Temperatursturzes größer sein als die kritische Abkühlgeschwindigkeit des jeweiligen Stahls.

Das Abkühlen kann in verschiedenen Medien erfolgen, die sich charakteristisch durch ihre Abkühlwirkung in den verschiedenen Temperaturbereichen unterscheiden.

Nach dem Härten besteht das Gefüge sogenannter übereutekoider Stähle üblicherweise aus Martensit + Restaustenit + Carbid. Dem Anteil dieser Phasen ist z.B. bei der Wärmebehandlung von Werkzeugstählen große Bedeutung beizumessen, da Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit vom Gefügezustand nach
dem Härten beeinflusst werden.

Im Prinzip ist jeder Stahl mehr oder weniger gut härtbar. Die Härtbarkeit ist aber entscheidend von der chemischen Zusammensetzung des Stahls abhängig. Unter Härtbarkeit versteht man die Fähigkeit eines Stahls, in der oberflächennahen Zone mehr oder weniger tiefgreifend eine erhöhte Härte anzunehmen. Der Begriff
„Härtbarkeit“ beinhaltet die Höhe sowie die Verteilung der Härtezunahme im Werkstück (Einhärtbarkeit).

Das Härten wird angewendet, um Bauteilen und Werkzeugen eine ausreichende Härte und Festigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen – z.B. statischer oder dynamischer Verformung durch Zug, Druck, Biegung, Verschleiß – zu verleihen.

Weitere, für das Härten notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Unter Randschichthärten versteht man das örtlich begrenzte Erwärmen (Austenitisieren) und Abschrecken der Bauteile. Beim Flammhärten wird die Wärme mit Gasbrennern auf das Werkstück übertragen. Bei der induktiven Erwärmung wird durch mittel- oder hochfrequenten elektrischen Wechselstrom über einen an die zu härtende Kontur angepassten Induktor ein Induktionsstrom im Werkstück erzeugt, wodurch die Wärme entsteht.
Die Härtezunahme erfolgt durch eine Umwandlung der Erwärmungsschicht (beim Abschrecken) in Martensit, die erreichbare Härte ist vom Kohlenstoffgehalt und der Legierungszusammensetzung abhängig.
Das Abschrecken erfolgt kontrolliert innerhalb eines werkstoffabhängigen Zeitfensters, meist mit einer synthetischen Polymerlösung mittels Abschreckbrausen, seltener durch Tauchabkühlung.
Da die induktive Erwärmung üblicherweise unter Luft (im Sekundenbereich) stattfindet, ist eine dünne Zunderschicht kaum zu vermeiden, deshalb müssen die Teile nach dem Randschichthärten (im Regelfall) mechanisch nachgearbeitet werden. Jedoch sind auch Härtungen unter Schutzgas möglich, um Verzunderungen zu vermeiden.

Fast alle Vergütungsstähle ab einem Kohlenstoffgehalt von > ca. 0,30 %; Gusswerkstoffe sowie hochlegierte Werkstoffe (mit ausreichend freiem Kohlenstoff) lassen sich ebenfalls bedingt Randschichthärten. Eine Abarbeitung der Walzhaut/Gusshaut ist für ein optimales Ergebnis notwendig.

Ob die gewünschte Härte mit dem angelieferten Werkstoff überhaupt realisierbar ist, kann Ihnen der Lohnhärter sagen.

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.

Alle im Öl und an Luft härtenden Stähle und perlitische Gusseisen.

Die Lasertechnik eröffnet neue Dimensionen für das Härten stark beanspruchter Stellen, z.B. Werkzeuge der Umformtechnik, Biegestempel, Spritzgusswerkzeuge und Maschinenteile. Verschleißbeanspruchte Zonen, z.B. Biegeradien, können konturgenau und lokal präzise begrenzt gehärtet werden.

Weitere, für das Laserstrahlhärteverfahren notwendige Angaben, sind mit Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

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.

Das heutige Verfahrensangebot bietet im wesentlichen folgende gängige Varianten:

Für alle Verfahren gelten folgende Bedingungen:
Je länger die Nitrierdauer, desto größer die Nitrierhärtetiefe (Nht). Je höher die Temperatur gewählt wird (Temperaturspannen von 350 – 630°C), desto tiefer kann der Stickstoff bei gleicher Zeiteinheit eindringen. Allgemein sinkt jedoch die Eigenhärte der Nitrierschicht mit zunehmender Behandlungstemperatur.

Werkstoffe mit nitridbildenden Elementen (z.B. Chrom, Molybdän, Vanadium, Aluminium) weisen eine höhere Nitrierhärte auf, jedoch reduziert sich die mögliche Stickstoffeindringtiefe mit zunehmendem Legierungsgehalt.

Gasnitrieren:
In einer aufgespalteten Ammoniakgasatmosphäre diffundiert üblicherweise bei 500 – 530°C Stickstoff in die Bauteile ein. Durch lange Behandlungsdauern von 10 – 160 Stunden werden Nitrierhärtetiefen (Nht) von 0,1 – 0,9 mm erzielt, je nach verwendetem Werkstoff. Hauptziele sind z.B. Verbesserungen der Bauteilfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Gleiteigenschaften, Temperaturbeständigkeit und Biegewechselfestigkeit. Eine partielle Behandlung kann durchgeführt werden.

Plasmanitrieren:
Das Plasmanitrieren bewirkt die Einlagerung von Stickstoff in Eisenwerkstoffen üblicherweise bei 480 – 580°C und findet im Vakuum unter Zuhilfenahme des mit einer Glimmentladung erzeugten Plasmas an der Werkstückoberfläche statt. In Sonderfällen sind auch Behandlungstemperaturen von 350 – 480°C möglich. Hauptziele sind die bei der Gasnitrierung bereits genannten Eigenschaften. Das Verfahren eignet sich besonders für hochlegierte Werkstoffe (> 13% Cr) unter Berücksichtigung einer sich ggf. einstellenden Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit. Enge Spalten oder Bohrungen sind nicht immer gleichmäßig nitrierbar. Ergänzende Informationen über das Plasmanitrieren können Sie dem Infoblatt „Plasmanitrieren“ entnehmen.

Vakuumnitrieren:
Die Vakuumnitrierung ist ein Spezialnitrierprozess mit Ammoniak und Lachgas bei 450 – 550°C im Unterdruck. Sie dient zur Erzielung maximaler Härten bei Werkzeugstählen und hochlegierten Werkstoffen. Übliche Nht’s liegen bei 0,05 – 02mm. Eine Teilnitrierung ist nicht möglich. Gegenüber der Behandlung im Plasma werden aber bessere allseitige und gleichmäßige Nitrierergebnisse bei scharfen Kanten und Stegen sowie engen, tiefen Bohrungen bzw. Spalten erreicht.

Nitrocarburierung im Gas oder Plasma:
Dieser Prozess erfolgt vorzugsweise bei 570 – 580°C in einem Gasgemisch Stickstoff-Kohlenstoff abgebender Medien und stellt eine Alternative zur Salzbadnitrocarburierung mit langsamerer Chargenabkühlung dar. Hauptziel ist der Verschleiß- oder Korrosionsschutz. Bei Abkühlung in oxidierenden Atmosphären kann die Korrosionsbeständigkeit noch zusätzlich verbessert werden. Die Nht liegt bei 0,1 – 0,35 mm. Die Oxidationsbehandlung nach der Nitrocarburierung ist nach allen Verfahrensvarianten möglich. Partielle Behandlungen sind bei Gas- oder Plasmabehandlungen möglich. Für alle Nitrocarburierverfahren gilt: Die Behandlung erfolgt zur Erzeugung der gewünschten Verbindungsschicht (VS), die Ausscheidungsschicht ist normalerweise von untergeordneter Bedeutung.

Salzbadnitrocarburierung:
In einer Salzschmelze wird bei 570 – 580°C eine Nitrocarburierbehandlung durchgeführt. Die Behandlungszeit beträgt üblicherweise 60 – 120 Minuten, die Abkühlung erfolgt werkstoffabhängig im Wasser- oder Salzwarmbad. Die Nht beträgt ca. 0,1 – 0,25 mm (je nach verwendetem Werkstoff). Die Behandlung erfolgt vorwiegend zum Verschleiß- und Korrosionsschutz; für hohe Belastungen ist das Salzbadnitrocarburieren weniger geeignet. Partielles Salzbadnitrocarburieren ist nicht möglich.

Salzbadnitrocarburieren, Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren:
Es können alle gebräuchlichen Stahl-, Guss- und Sinterwerkstoffe behandelt werden. Geeignet sind sowohl unlegierte als auch niedrig und hochlegierten Stähle.

Gasnitrieren, Gasnitrocarburieren:
Es können alle gebräuchlichen Stahl-, Guss- und Sinterwerkstoffe nitriert werden. Geeignet sind unlegierte, niedrig legierte und mittellegierte Werkstoffe; hochlegierte Werkstoffe (> 13% Cr) sind – aufgrund ihrer Oberflächenpassivitäten – eher ungeeignet.

Schlifferstellung – Prüfverfahren:
Die Messung der Härte erfolgt nach EN ISO 6507 in HV (Vickers). Die Messung der Nitrierhärteteife (Nht) nach DIN 50190, Teil 3. Zur Beurteilung der Schichten werden klassische metallografische Prüfmethoden eingesetzt.

Weitere für die Nitrierverfahren notwendigen Angaben sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Das Plasmanitrieren zählt zu den thermochemischen Wärmebehandlungsverfahren und wird bei Temperaturen zwischen 350 und 600°C durchgeführt. Positiv geladene Ionen treffen vor der Ofenwand (Anode) mit hoher Aufprallgeschwindigkeit auf die als Kathode geschalteten Werkstücke. Anfangs bewirkt dieser Ionenbeschuss eine äußerst intensive Reinigung der Werkstückoberfläche (Sputtern), dem anschließend das Aufheizen und die Aufstickung der Oberfläche folgen. Überwiegend werden die Bauteile dann ohne Schnellabkühlung auf Entnahmetemperatur gebracht. Heute wird sowohl im Gleichstrom als auch im gepulsten Plasma nitriert.

Bauteile, vornehmlich höher beanspruchte Maschinenbauteile wie Wellen, Achsen, Stangen oder Zahnräder, unterliegen gerade im Bereich ihrer Oberfläche (Randschicht) besonders kritischen Belastungen. Oft reicht es aus, wenn diese Bauteile nur im Randbereich über mechanisch verbesserte Eigenschaften verfügen. Die Einlagerung von Stickstoff in diesen Randschichten bezeichnet man allgemein als Nitrieren. Das Plasmanitrieren findet in einer Vakuumkammer unter ionisierter Gasatmosphäre statt.
Als Behandlungsgase stehen Ammoniak, Stickstoff, Methan und Wasserstoff zur Verfügung. Zur Bildung verschleißorientierter Schichten werden auch Mischgase eingesetzt. Qualitätsbestimmend sind die Gaszusammensetzung, der Druck, die Temperatur und die Behandlungszeit.

Für Verfahren, bei denen Schichten aufgetragen oder gebildet werden, ist die Qualität des Grundwerkstoffes oft ebenso entscheidend wie die Wärmebehandlung. Im Plasma können alle gebräuchlichen Stahl-, Guss- und Sinterwerkstoffe nitriert werden. Bei der Schichtzusammensetzung unterscheidet man zwischen der Diffusionszone, die je nach Werkstoff bis zu 1mm stark sein kann und der bis zum 30 µm dicken Verbindungsschicht (VS).

Die Messung der Härte erfolgt nach DIN 50133 in HV (Vickers), die Messung der Nitrierhärtetiefe (Nht) nach DIN 50190, Teil 3. zur Analyse von Schichten werden klassische metallographische Prüfmethoden eingesetzt.

Zu den Hauptvorteilen des Verfahrens zählen die Verbesserung der Reib- und Gleiteigenschaften, die Schaffung korrosionsbeständiger Schichten und die große Verzugsarmut. In der Regel werden nur fertigbearbeitete Bauteile plasmanitriert, die nach dieser thermochemischen Wärmebehandlung keiner mechanischen Fertigungsoperation wie z.B. Schleifen mehr unterzogen werden müssen. Aufgrund der gestiegenen Prozesssicherheit konnte sich das Plasmanitrieren für die metallverarbeitende Industrie zu einem
wirtschaftlich und technisch wichtigen Oberflächen-Härteverfahren entwickeln.

Für das Plasmanitrieren werden überwiegend Schacht- oder Haubenöfen eingesetzt, die aufgrund der Prozessautomatisierung und Umweltverträglichkeit auch in die Fertigungslinie integriert werden können. Da inzwischen sehr leistungsstarke Stromversorgungen zur Verfügung stehen, gibt es bezüglich der Bauteilgröße keine Grenzen.

Es können alle gebräuchlichen Stahl-, Guss- und Sinterwerkstoffe plasmanitriert werden. Geeignet sind sowohl unlegierte als auch niedrig- und hochlegierte Stähle.

Weitere, für das Plasmanitrieren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Die Wärmebehandlung von Bauteilen ist ohne die Prüfung der Wärmebehandlungsergebnisse undenkbar. Um sowohl für den Auftraggeber wie auch für den Wärmebehandler Missverständnisse zu vermeiden, ist eine korrekte Absprache der durchzuführenden Prüfungen erforderlich. Eine Festlegung der korrekten realistischen Zeichnungsangaben ist unerlässlich (siehe extra Merkblatt).

Bei der Prüfung wärmebehandelter Bauteile kann im wesentlichen zwischen drei Gruppen von Prüfmethoden unterschieden werden:

Die Auswahl der durchzuführenden Prüfmethode hängt im wesentlichen von der durchgeführten Wärmebehandlung und der Prüfvorschrift ab. Oftmals kann nur eine Kombination verschiedener Prüfmethoden ein genaues bild des Wärmebehandlungsergebnisses wiedergeben. Für die verschiedenen Prüfmethoden gibt es teilweise gültige DIN und
ISO Normen die Anwendung finden sollten. Neben den genormten Prüfverfahren wie Härteprüfung, Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch kommen auch nicht genormte Prüfverfahren wie Rücksprunghärte (EQUOTIP), UCI-Vickershärte, Wirbelstromprüfung u.a. zur Anwendung. Der Einsatz ungenormter Verfahren sollte, im Unterschied zu genormten Prüfverfahren, nur nach vorheriger Absprache und unter Berücksichtigung der erweiterten Messunsicherheit erfolgen. Auch zur Ermittlung der Wärmebehandlungsergebnisse gibt es DIN-Normen, wie die Härtetiefenbestimmung, deren korrekte Anwendung zu empfehlen ist.

Die Umwertung von ermittelten Härtewerten in andere Prüfverfahren nach DIN 50150 ist ein vereinfachtes, jedoch fehlerbehaftetes Verfahren. Bei Anwendung dieser Norm ist je nach Prüfverfahren mit Fehlern von bis zu +10% zu rechnen. Bei der Anwendung ist also Vorsicht geboten.

Die Interpretation der Prüfergebnisse ist nicht immer so einfach wie es den Anschein hat, z.B. sind Auswertungen und Interpretationen von Gefügebildern sehr subjektiv. Auch die Vorgabe zu enger Prüftoleranzen, teilweise geringer als die zulässigen Messunsicherheiten nach DIN EN ISO, führt immer wieder zu Unklarheiten bei der Bewertung von
Wärmebehandlungsergebnissen. Eine genaue Festlegung der Prüfvorschriften und der durchzuführenden Prüfungen ist zur Vermeidung von Reklamationen unerlässlich.

Das Schlagwort PVD (Abkürzung für physical vapour deposition) bezeichnet alle Verfahren der physikalischen Abscheidung dünner Schichten über die Dampfphase.
Dabei wird das Ausgangsmaterial für die Schichten über die physikalischen Vorgänge des Verdampfens (mit Lichtbogen („Arc“) oder Elektronenstrahl) oder der Kathodenzerstäubung im Hochvakuum in die Dampfphase übergeführt und anschließend auf einem geeigneten Substrat wieder niedergeschlagen. Die dabei erzeugten
Schichtdicken auf Werkzeugen und Bauteilen bewegen sich zwischen 1 µm und maximal 15 µm.

Verschleißschutzschichten auf Werkzeugen und Bauteilen werden mit allen drei oben erwähnten PVD-Verfahren auf computergesteuerten Beschichtungsanlagen abgeschieden.
Es handelt sich dabei um nitridische Hartstoffschichten, d.h. Verbindungen aus den Übergangsmetallen Titan und Chrom mit Stickstoff. Erweiterte Eigenschaften liefern Schichten, die zusätzlich Aluminium und Kohlenstoff enthalten. Die bei den Lohnschichtern auf dem Markt erhältlichen Schichten basieren auf den Grundtypen der nitridischen Hartstoffschichten Titannitrid TiN, Titankarbonitrid TiCN, Titanaluminiumnitrid TiAlN und Chromnitrid CrN, die mit einigen ihrer Eigenschaften in der folgenden Tabelle zusammengestellt sind.

Sie zeichnen sich augrund der hohen kovalenten Bindungsanteile der Schichtatome durch hohe Schichthärte, gute Oxidationsbeständigkeit und chemisch träges Verhalten aus.

Der von den Verdampfern ausgehende, gerichtete Teilchenstrahl des metallischen Schichtbestandteils durchfliegt die Hochvakuumkammer, wobei der Ionenanteil durch das am Beschichtungsgut liegende negative Potential auf die Werkzeuge beschleunigt wird. Die aufwachsende Schicht ist dadurch einem Ionenbeschuss ausgesetzt, was zu einer Verdichtung und insbesondere zu einer verbesserten Haftung der Dünnschicht auf der Werkstückoberfläche führt. Durch den hohen Ionenanteil beim Lichtbogenverdampfen
ist dieser Effekt gegenüber den anderen PVD-Verfahren besonders ausgeprägt.

Zur Erzeugung dieser Verbindungsschichten wird ein Reaktivgas durch die Hochvakuumkammer geleitet. TiN-Schichten erhält man so durch die Reaktion des Titandampfes mit Stickstoff im Plasma, für TiCN wird zusätzlich ein kohlenstoffhaltiges Gas eingesetzt. Wegen des gerichteten Stroms der Schichtteilchen müssen die Werkzeuge bzw. Bauteile während des Prozesses bewegt werden, um eine gleichmäßige Beschichtung zu erhalten.

Schichten zur Reibungsverminderung, wie Weichschichten auf Basis von Molybdändisulfid und Kohlenstoffschichten, werden vorzugsweise mit dem PVD-Verfahren Kathodenzerstäubung abgeschieden.

Geeignet zur Abscheidung der nitridischen Hartstoffschichten sind gehärtete Werkzeugstähle mit Anlasstemperaturen über 500°C (Schnellarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle, ausgewählte Kaltarbeitsstähle, rostbeständige Stähle, Kunststoffformenstähle, da die Beschichtungstemperaturen im allgemeinen bei 450°C liegen. Des weiteren sind Hartmetalle beschichtungsfähig. Es ist zu beachten, dass es sich bei der PVD-Beschichtung um eine weitere Wärmebehandlung an einem fertig bearbeiteten Werkzeug
handelt und es deshalb wichtig ist, dass das Werkzeug vorher beschichtungsgerecht wärmebehandelt wurde, um Veränderungen im Gefüge, der Härte und der Maße zu vermeiden.

In Spezialfällen und/oder für Spezialschichten sind auch PVD-Beschichtungsprozesse unterhalb von 200°C möglich.

PVD-beschichtete Werkzeuge und Bauteile werden visuell auch Schichtfehler überprüft. Auf Wunsch des Kunden kann die Schichtdicke mit zerstörungsfreien Methoden auf der Funktionsfläche gemessen werden.

Die PVD-Beschichtung erfolgt als letzter Veredelungsschritt auf dem fertig bearbeiteten Werkzeug oder Bauteil ohne Veränderung der Maßhaltigkeit aufgrund der dünnen Schichtdicken. Durch die besonderen Eigenschaften der Schichten erhält man eine deutliche Steigerung des Verschleißwiderstandes bzw. eine Reibungsminderung. Dadurch ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum auf Werkzeugen zur Zerspanung, Umformung, Druckgießen, Werkzeugen zur Kunststoffverarbeitung und vielen Bauteilen.

Weitere, für das PVD-Verfahren notwendige Angaben, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Im wesentlichen bestimmen die Härte und der Verschleißwiderstand die Lebensdauer von Werkzeugen. Daneben sind Maßhaltigkeit und geringe Eigenspannung bei vielen Werkzeugen unverzichtbare Voraussetzungen für eine einwandfreie Funktion. Gefügeveränderungen, wie eine Restaustenitumwandlung während des Gebrauchs, können zum Ausschuss des Werkzeugs führen; sie sind daher möglichst zu vermeiden.

Als Restaustenit wird der Austenitanteil bezeichnet, welcher nach dem Abschrecken bis auf RT im Gefüge verbleibt. In bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei Verwendung hochlegierter Werkzeugstähle, kann der Austenitgehalt eines Stahls auf dessen Verwendbarkeit und Güte entscheidenden Einfluss nehmen.

In letzter Zeit wird vor allem für die hochlegierten ledeburistischen Werkzeugstähle das Tiefkühlen verstärkt in Erwägung gezogen. Hierbei wird neben dem Tiefkühlen unmittelbar nach dem Abschrecken aus Gründen möglicher Rissgefahr oftmals auch das Tiefkühlen nach dem ersten Anlassen favorisiert. Hervorzuheben ist, dass ein Tiefkühlen immer eine Rissgefahr in sich birgt und somit nicht ohne weiteres für alle Werkzeuge geeignet ist. Zusätzlich muss bedacht werden, dass ein Tiefkühlen nicht bei allen Stählen Sinn macht, da nicht in allen Stählen Restaustenit entsteht. Die Bildung von Restaustenit hängt hauptsächlich vom C-Gehalt ab. In unlegierten und schwachlegierten Stählen muss ein C-Gehalt von mindestens 0,5% vorhanden sein. Grundsätzlich kann der Restaustenitgehalt auch durch ein mehrfaches, mindestens dreimaliges Anlassen gesenkt werden.

Der bei RT nach dem Härten vorliegende Restaustenitanteil kann durch ein Tiefkühlen, insbesondere bei ledeburitischen Chromstählen (z.B. 1.2379, 1.2080, 1.2436) sowie
Schnellarbeitstählen, verringert werden. Auch bei eutektoiden Werkzeugstählen, wie beipielsweise 1.2842, kann ein Tiefkühlen sinnvoll sein. Grundsätzlich sollte die Tiefkühlbehandlung unmittelbar nach dem Härten, also vor dem ersten Anlassen, stattfinden.

Der Erfolg eines Tiefkühlens erst nach dem ersten Anlassen ist dagegen nach dem aktuellen Kenntnisstand zum Zweck der Restaustenitumwandlung zunächst zweifelhaft. Dennoch ergeben sich augenscheinlich auch nach einer solchen Prozessfolge, Standzeitverbesserungen. Gründe hierfür können die Ausscheidung dispers verteilter η-Karbide sein.

Die gezielte Umwandlung von Restaustenit durch Kombination konventioneller Wärmebehandlungstechniken mit Tiefkühlen ist oft die technisch und wirtschaftlich sinnvollste Verfahrensweise, um die angestrebten Werkstoffeigenschaften zu erzielen.

Eine große Anwendungsvielfalt kennzeichnet die Entwicklung der letzten Jahre; ebenso der Trend zu immer tieferen Temperaturen. Temperaturen bis auf -60°C lassen sich in gekühlter Luft (übliche Tiefkühltruhen oder -schränke) erreichen. Niedrigere Temperaturen als -60°C können unter Verwendung von Trockeneis, Alkoholmischungen oder in verflüssigten Gasen (flüssiger Stickstoff: -196°C) erzielt werden. Minustemperaturen von -196°C durch Flüssigkstickstoff werden heute überwiegend direkt und indirekt angewendet. In Sonderfällen ist sogar die Unterschreitung dieser Temperaturen durch Übergang auf Flüssighelium mit einem Temperaturniveau von ca. -269°C sinnvoll.

Das Vergüten wird den thermischen Wärmebehandlungsverfahren zugeordnet. Es handelt sich hierbei um ein kombiniertes Wärmebehandlungsverfahren von Härten mit einem nachfolgenden Anlassen. Härten ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das aus Austenitisieren und schnellem Abkühlen besteht. Dabei erfolgt eine Härtezunahme durch eine mehr oder weniger vollständige Umwandlung des Austenits in Martensit und gegebenenfalls in Bainit.
Ergänzende Informationen über das Härten können Sie dem Infoblatt „Härten“ entnehmen.
Beim Anlassen handelt es sich um ein- oder mehrmaliges Erwärmen eines gehärteten Werkstücks zur Erzielung vorgegebener mechanischer
Eigenschaften.
Ergänzende Informationen über das Anlassen können Sie dem Infoblatt „Anlassen“ entnehmen.

Alle härtbaren Stähle.

Weitere für das Vergüten notwendige Angaben sind dem Lohnhärter mitzuteilen.
Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.

Als Wiederaufkohlen wird ein Wärmebehandlungsverfahren verstanden, das ein zuvor entkohltes Werkstück etwa auf den vor dem Entkohlen vorhandenen Kohlenstoffgehalt wieder aufkohlt. Dabei wird nur soviel Kohlenstoff eingelagert, wie dies dem Grundwerkstoff entspricht. Der Kohlenstoff ist das wichtigste Legierungselement im Stahl. Er bestimmt die Härte und damit viele Folgeeigenschaften, wie z.B. Verschleiß. Durch Glühbehandlungen bei hohen Temperaturen und ohne Schutzgas kann der Kohlenstoff durch den Luftsauerstoff im Oberflächenbereich vollständig oder teilweise entfernt werden. Ein solcher Vorgang wird mit Entkohlung bezeichnet. Als direkte Folge
wird die Oberflächenhärte erniedrigt.
Bei Glühbehandlungen unter Schutzgas werden derartige Oberflächenreaktionen vermieden.
Wiederaufkohlungsverfahren können mitunter sehr langwierig sein, da auf keine Fall zuviel Kohlenstoff in die entkohlte Randschicht eingebracht werden darf. Da das Ausgangsprofil zudem selten exakt bekannt ist, muss der Wiederaufkohlungsprozess sehr vorsichtig und zielgenau durchgeführt werden.

Das Wiederaufkohlen wird vorzugsweise an Einsatzstählen und Vergütungsstählen durchgeführt.

Das Wiederaufkohlen stellt praktisch eine Reparaturbehandlung für einen unerwünschten Entkohlungszustand dar. Der Vorteil besteht darin, dass der entkohlte Randbereich im Kohlenstoffgehalt gegenüber dem Kernbereich ausgeglichen wird.

Weitere Angaben, die für das Verfahren Wiederaufkohlen benötigt werden, sind dem Lohnhärter mitzuteilen. Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.