Welche Werkstoffe sind härtbar – und welche nicht?
Ob ein Bauteil „härtbar“ ist, hängt nicht davon ab, ob es aus „Stahl“ besteht, sondern davon, ob sein Werkstoff bei einer geeigneten Wärmebehandlung eine gefüge- und damit eigenschaftsrelevante Umwandlung durchlaufen kann. Klassisches Härten zielt darauf ab, nach dem Austenitisieren und anschließendem Abschrecken ein überwiegend martensitisches Gefüge zu erzeugen. Dafür braucht es in erster Linie zwei Dinge: einen ausreichenden Kohlenstoffgehalt (C) und – je nach Bauteilgeometrie und Abschreckbedingungen – eine ausreichende Härtbarkeit (im Sinn von „Durchhärtbarkeit“ bzw. erreichbarer Härtetiefe).
Härtbar ist nicht gleich „hoch hart“ – zwei Begriffe, die oft verwechselt werden
In der Praxis lohnt es sich, sauber zwischen Härtbarkeit und erreichbarer Härte zu unterscheiden. Die erreichbare Härte (z. B. in HRC) wird im Wesentlichen vom Kohlenstoffgehalt bestimmt: Je mehr Kohlenstoff im martensitischen Gefüge gelöst bzw. gebunden werden kann, desto höher kann die Härte ausfallen. Die Härtbarkeit bzw. Durchhärtbarkeit beschreibt dagegen, wie tief in einem Querschnitt sich bei einer konkreten Wärmebehandlung ein martensitisches Gefüge einstellen kann. Hier spielen Legierungselemente (z. B. Cr, Mo, Mn, Ni, B) und auch Bauteildicke, Austenitisierung, Abschreckintensität und Randschichtzustand eine große Rolle.
Das ist entscheidend: Ein Stahl kann theoretisch eine hohe Härte erreichen, aber praktisch nur in einer dünnen Zone, wenn die Durchhärtbarkeit gering ist oder die Abschreckbedingungen nicht zur Geometrie passen. Umgekehrt kann ein moderat kohlenstoffhaltiger Stahl sehr gut durchhärten, ohne in extreme Härtebereiche zu kommen.
Was beim Härten metallurgisch passiert – kurz, aber wichtig
Beim Erwärmen über die Umwandlungstemperaturen bildet sich Austenit. Beim schnellen Abkühlen wird die Diffusion unterdrückt, und der Austenit wandelt sich martensitisch um. Martensit ist übersättigt an Kohlenstoff, verzerrt das Kristallgitter und führt dadurch zu hoher Härte. In vielen Anwendungen ist Härten allein jedoch nicht das Ende des Prozesses: Um Sprödigkeit zu reduzieren und z. B. Zähigkeit, Maßstabilität und Dauerfestigkeit zu verbessern, folgt oft das Anlassen. Auch hier entscheidet der Werkstoff darüber, welche Kombination aus Härte und Zähigkeit sinnvoll erreichbar ist.
Welche Stähle sind typischerweise härtbar?
Grundsätzlich gilt: Reine Kohlenstoffstähle werden ab einem gewissen Kohlenstoffgehalt überhaupt erst sinnvoll härtbar. Sehr grob kann man sagen: Unterhalb von etwa 0,2 % C sind klassische Härtewerte durch Abschrecken allein nur begrenzt erreichbar, weil schlicht zu wenig Kohlenstoff für eine harte martensitische Matrix zur Verfügung steht. Mit steigender C-Menge steigt das Härtepotenzial deutlich. Ab etwa 0,3–0,6 % C wird „klassisches Härten“ im technischen Alltag sehr relevant, weil sich damit häufig ein gutes Verhältnis aus erreichbarer Härte und noch akzeptabler Zähigkeit einstellen lässt (nach geeignetem Anlassen).
Legierte Stähle bringen einen zweiten großen Hebel ins Spiel: Sie erhöhen in vielen Fällen die Durchhärtbarkeit und vergrößern das Prozessfenster. Das ist gerade bei dickeren Querschnitten oder bei Bauteilen mit lokalen Massenanhäufungen wichtig, weil die Abkühlgeschwindigkeit im Kern deutlich geringer ist als an der Oberfläche.
Im industriellen Umfeld begegnen einem drei Werkstofffamilien besonders häufig, wenn über Härten gesprochen wird: Erstens Vergütungsstähle. Sie sind so ausgelegt, dass sie nach Härten und Anlassen (Vergüten) eine definierte Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erreichen. Sie sind in vielen Maschinenbauanwendungen die „Arbeitspferde“, wenn es um tragende, dynamisch belastete Komponenten geht.
Zweitens Einsatzstähle. Hier steht oft nicht die vollständige Durchhärtung im Vordergrund, sondern eine harte Randzone bei zähem Kern. Typischerweise wird der Kohlenstoffgehalt in der Randschicht durch Aufkohlen erhöht und anschließend gehärtet. Dadurch wird die Oberfläche verschleißfest, während der Kern seine zähe, tragfähige Struktur behält. Das ist für Zahnräder, Wellen, Nocken und ähnliche Bauteile extrem relevant.
Drittens Werkzeugstähle. Sie sind oft hochlegiert und für hohe Härten, Warmfestigkeit, Anlassbeständigkeit oder Verschleißwiderstand optimiert. Hier sind Prozessführung und Temperaturfenster besonders kritisch, weil die Eigenschaften sehr stark am Gefüge hängen und Legierungsanteile die Umwandlungen beeinflussen.
Welche Stähle sind „nicht härtbar“ – und warum?
Wenn Kunden sagen „der Stahl ist nicht härtbar“, stecken dahinter meist zwei verschiedene Sachverhalte. Entweder ist der Kohlenstoffgehalt zu niedrig, um nennenswerten Martensit mit hoher Härte zu erzeugen. Oder es handelt sich um eine Stahlgruppe, deren Gefüge unter den gewählten Bedingungen nicht in Richtung Martensit umgewandelt wird bzw. bei der das klassische Abschreckhärten nicht das geeignete Verfahren ist.
Ein typisches Beispiel sind austenitische Edelstähle. Sie sind aufgrund ihrer Legierung so stabil austenitisch, dass beim Abschrecken keine martensitische Umwandlung in dem Sinne stattfindet, wie man es vom Härten unlegierter/legierter Stähle kennt. Das bedeutet nicht, dass man ihre Eigenschaften nicht verändern kann – aber eben nicht über klassisches Härten. In der Praxis werden austenitische Edelstähle eher über Kaltverfestigung, Umformung oder spezifische Wärmebehandlungen (je nach Legierung und Ziel) beeinflusst, nicht über das „Härten“ im engeren Sinn.
Ein weiterer häufiger Fall sind sehr niedrigkohlenstoffhaltige Baustähle. Sie können zwar durch Abschrecken eine Gefügeänderung erfahren, aber die erreichbare Härte bleibt begrenzt. Für Anwendungen, die echte Verschleißfestigkeit oder hohe Oberflächenhärte verlangen, sind dann meist andere Wege sinnvoll: Randschichthärten über Aufkohlen/Nitrieren, Beschichtungen oder der Einsatz eines geeigneteren Stahls.
Und was ist mit Gusseisen, Aluminium oder Titan?
Hier ist wichtig, dass „Härten“ im Alltag oft als Sammelbegriff verwendet wird, metallurgisch aber je nach Werkstoffklasse unterschiedliche Mechanismen gemeint sind.
Gusseisen kann – je nach Sorte – durchaus wärmebehandelt werden, aber das Ziel und die Mechanismen unterscheiden sich. Der hohe Kohlenstoffgehalt liegt hier überwiegend als Graphit oder in anderer Form vor; das Verhalten beim Austenitisieren und Abschrecken hängt stark von der Gussart (Lamellengraphit, Kugelgraphit, Temperguss) ab. Es gibt Anwendungen, in denen gezielt Randzonen umgewandelt oder verschleißfeste Strukturen erzeugt werden, aber man muss sehr genau hinschauen, welche Sorte vorliegt und welches Ziel verfolgt wird.
Aluminium wird in der Regel nicht durch martensitische Umwandlung gehärtet. Dort spricht man häufig von Aushärtung bzw. Auslagerung (precipitation hardening) bei aushärtbaren Legierungen. Das ist ein ganz anderer Mechanismus als Stahlhärten. Wer „Alu härten“ sagt, meint oft die Wärmebehandlung zur Festigkeitssteigerung bestimmter Legierungen, nicht das klassische Härten.
Titan und andere Legierungen haben ebenfalls eigene Wärmebehandlungslogiken. Auch hier ist „Härten“ nicht automatisch gleichzusetzen mit Austenitisieren und Abschrecken wie bei Stahl. Entscheidend ist immer: Welcher Umwandlungsmechanismus ist verfügbar, und welche Zielkennwerte sollen erreicht werden?
Warum die Werkstoffanalyse in der Praxis oft unverzichtbar ist
In realen Projekten ist die Werkstofffrage selten nur theoretisch. Häufig fehlen vollständige Werkstoffangaben, es gibt Unterlieferanten, Altteile oder unklare Chargen. Schon kleine Abweichungen in C-Gehalt oder Legierungsanteilen können darüber entscheiden, ob ein Bauteil nach dem Prozess die gewünschte Härte erreicht oder ob Verzug, Rissrisiko oder unzureichende Härtetiefe drohen.
Zudem ist die Wärmebehandlung immer ein System aus Werkstoff, Bauteilgeometrie und Prozessführung. Ein schlankes Bauteil kann mit einem bestimmten Stahl problemlos durchhärten, während ein massives Bauteil aus demselben Stahl im Kern weich bleibt, weil die Abkühlgeschwindigkeit dort nicht ausreicht. Umgekehrt kann ein „gut härtbarer“ Stahl bei ungünstiger Geometrie oder falscher Prozessführung zu hohen Eigenspannungen und damit zu Rissen führen. Auch Oberflächenzustände, Vorbearbeitung, Schleifbrandrisiken und Kerbwirkungen spielen im Zusammenspiel eine Rolle.
Praxisfazit: Härtbar ist, was zum Ziel passt
Die entscheidende Frage lautet in der Praxis weniger „Ist das Material härtbar?“, sondern: „Erreichen wir mit diesem Werkstoff und diesem Bauteil die geforderte Kombination aus Härte, Härtetiefe, Maßhaltigkeit und Bauteilsicherheit?“ Genau an dieser Stelle zeigt sich der Unterschied zwischen einem reinen Wärmebehandlungsprozess und einer zielgerichteten Bauteiloptimierung.
Wenn Sie uns Werkstoffbezeichnung, Bauteilgeometrie und die Zielanforderung (z. B. Oberflächenhärte, Härtetiefe, Verzugstoleranz, spätere Belastung) nennen, lässt sich in der Regel sehr schnell eingrenzen, ob klassisches Härten sinnvoll ist oder ob ein alternatives Verfahren – etwa Einsatzhärten, Induktivhärten, Nitrieren oder eine abgestimmte Vergütung – technisch und wirtschaftlich die bessere Lösung darstellt.
Weitere Informationen finden Sie in der Verfahrensübersicht und in unserem Härterei Lexikon ...