Kombinieren von Wärmebehandlungsverfahren

Das Institut für Werkstofftechnik in Bremen hat im Jahr 2017 in Versuchen aufgezeigt, wie sich mit der Kombination von unterschiedlichen Wärmebehandlungsverfahren die durch das Härten zu erzielenden Eigenschaften verbessern lassen. Diese als Kombinationswärmebehandlung benannte Verfahrensweise hat zudem Vorteile, die über die reinen Werkstoffeigenschaften hinausgehen - eine zweifache Wärmebehandlung spart Zeit und ist damit für die verarbeitende Betriebe auch in puncto Wirtschaftlichkeit von Interesse.

Bislang war es problematisch bestimmte Werkstoffeigenschaften zu kombinieren. Beispielsweise standen Härterein stets vor der Entscheidung entweder eine hohe Randhärte zu erzielen oder im Werkstücke eine hohe Härtetiefe zu erzeugen. Denn sowohl das Nitrierenm als auch das Induktionshärten haben verfahrensspezifische Grenzen. Um mittels Nitrieren hohe Härtetiefen zu generieren benötigt es lange Behandlungsdauern mit entsprechend hohem Energieeinsatz. Dem Induktionshärten setzen Werkstoff-bedingte Eigenschaften zum Erzielen maximaler Randhärten Grenzen. Die Forschenden des Instituts für Werkstofftechnik untersuchten daher inwieweit sich ein Kombination aus Nitrieren bzw. Nitrocarburieren und Induktionshärten eignen könnte um sowohl eine hohe Härtetiefe, als auch eine hohe Randhärte zu erzielen.

Versuchsaufbau und Ergebnis

Für den Test der Kombinationswärmebehandlung des IWT´s wurden aus einem Nitrier- und Vergütungsstahl 31CrMoV9 (1.8519) im vergüteten Zustand (850 MPa) ringförmige Proben (Øaußen = 46 mm, Øinnen = 20 mm, Wanddicke = 8 mm) produziert und bei 520 Grad Celsius in einer Gasnitrieranlage exakt einen Tag lang auf KN=3 nitriert. Im Anschluss wurden die Werkstücke Induktionshärten wurde auf einer VL1000 Sinac 200/300 S MFC mittels Induktion gehärtet. Das finale Abschrecken erfolgte im Brauseverfahren in einer einer Polymerlösung mit einem 12 prozentigem Aquatensid-Anteil in Wasser. Die Charakterisierung der Härteschicht wurde mit einer Einhärtungstiefe von 400 HV anhand von Härteverläufen und metallografischen Schliffen überprüft.

Nach der Kombinationswärmebehandlung konnte in allen Proben ein signifikanten Härteanstieg in den Randschichten auf. Die Härtetiefe war ebenfalls doppelt so tief, was unter „normalen“ Bedingungen nur möglich gewesen wäre, wenn man den Nitrier-Zeitraum vervierfacht hätte. Die untersuchten Proben erzielten nach der eine Kombinationswärmebehandlung eine Randhärte von circa 800 HV0,5. Eine reine Härtung mittels Induktion hätte hier einen maximalen Wert von 450 HV1 erzeugt, da sich beim Induktionshärten die chemische Zusammensetzung der Randschichten nicht gezielt verändern lassen. Die im Testlauf erzeugte Einhärtungstiefe von 0,83 mm ist mehr als doppelt so hoch wie nach dem Nitrieren.

Fazit:
Die Kombinationswärmebehandlung aus Nitrieren und Induktionshärten vereint die Vorteile beider Härteverfahren. Eine hohe Randhärte bei gleichzeitiger hohen Härtetiefe. Gleichzeitig spart der prozess Zeit, Energie und ist damit auch sehr wirtschaftlich.

Bei der Härtetechnik Hagen GmbH können wir die Stärken der Kombinationswärmebehandlung in Zusammenarbeit mit unserer Schwesterfirma, der Induktivhärtetechnik Hagen GmbH, problemlos umsetzen.