Einsatzhärten - Einfachhärten & Doppelhärten

Das Einfachhärten ist eine pezielle Verfahrensvariante des Einsatzhärtens. Es bietet sich für Stähle an die zur Grobkornbildung während des Aufkohlens neigen oder für Bauteile die vor dem Härten noch zwischenbearbeitet werden müssen. Bei diesem Verfahren wird der Stahl nach dem Aufkohlen zunächst langsam abgekühlt. Für den eigentlichen Härteprozess wird der Stahl in einem separaten Prozessschritt dann nochmals erwärmt. Durch die stattfindenden \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlungen tritt ein Rekristallisationseffekt ein, der zur Kornfeinung der durch das Aufkohlen grob gewachsenen Körner führt.

Die Temperatur beim Härten kann so gewählt werden, dass die Austenitisierung hauptsächlich im Randbereich stattfindet (aufgrund der aufgekohlten Oberfläche sind die notwendigen Temperatur für eine vollständige Gefügeaustenitisierung dort geringer als im kohlenstoffärmeren Kernbereich!). Aus diesem austenitisierten Zustand mit etwa 750 °C wird dann abgeschreckt und hierdurch die gewünschte Martensitbildung im Randbereich erzielt. Aufgrund der relativ geringen Randhärtetemperaturen wird der kohlenstoffärmere Kern hingegen nicht vollständig austenitisiert, sodass sich nach dem Abschrecken auch kein vollständig martensitisches Kerngefüge bildet. Es ist mit Restferrit im Kernbereich zu rechnen. Die Härtetemperatur wird in diesem Fall also vorzugsweise der gewünschten Eigenschaft der Randschicht angepasst, um optimale Randeigenschaften zu erzielen. Man spricht deshalb auch von Randhärten bzw. von Einfachhärten aus Randhärtetemperatur

Einsatzhärten, Aukohlen, Einfachhärten, Diagramm, Randhärten, Kernhärten, Temperatur-Verlauf, Abschrecken, Anlassen

Abbildung: Zeit-Temperatur-Diagramm des Einfachhärtens

Die Härtetemperatur kann prinzipiell auch so gewählt werden, dass der Kern gezielt austenitisiert wird. Aufgrund des geringeren Kohlenstoffgehaltes sind dann allerdings höhere Temperaturen von ca. 900 °C notwendig. Anschließend wird von dieser sogenannten Kernhärtetemperatur abgeschreckt. Aufgrund der hohen Temperaturen ist beim Kernhärten allerdings mit einem grobnadligen Randgefüge zu rechnen. Die Temperaturführung wird in diesem Fall also vorzugsweise der gewünschten Eigenschaft des Kerns angepasst, um optimale Kerneigenschaften zu erzielen. Man spricht deshalb auch von Kernhärten bzw. von Einfachhärten aus Kernhärtetemperatur spricht.

Einsatzhärten, Aukohlen, Doppelhärten, Diagramm, Randhärten, Kernhärten, Temperatur-Verlauf, Abschrecken, Anlassen

Abbildung: Zeit-Temperatur-Diagramm des Doppelhärtens

Grundsätzlich ist auch eine Kombination beider Härteverfahren möglich. Dabei wird nach dem Aufkohlen zunächst auf Kernhärtetemperatur abgekühlt und dann abgeschreckt, um die Kerneigenschaften anzupassen. Anschließend wird auf Randhärtetemperatur wiedererwärmt und dann abgeschreckt, um optimale Randeigenschaften zu erhalten. Aufgrund des permanenten Temperaturwechsels ist der Härteverzug beim Doppelhärten jedoch relativ groß.

Das Widererwärmen beim Einfachhärten und erst recht beim Doppelhärten macht diese Verfahren grundsätzlich relativ energie- und zeitintensiv und damit teuer. Vorteil ist jedoch die Kornfeinung, die durch die \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlungen eintritt. Für Stähle die jedoch gar nicht erst zur Grobkornbildung neigen (z.B. Chrom-Molybdän-Stähle), bietet es sich deshalb aus wirtschaftlichen Gründen an den Stahl direkt nach dem Aufkohlen aus dem bereits erwärmten Zustand abzuschrecken. Auch Feinkornstähle eigenen sich für dieses Direkthärteverfahren, welches im nachfolgenden Abschnitt näher erläutert wird.