Unter der chemischen Wärmebehandlung von Stahlgussteilen versteht man das Einbringen der Gussteile in ein aktives Medium bei einer bestimmten Temperatur zur Wärmekonservierung, sodass ein oder mehrere chemische Elemente in die Oberfläche eindringen können. Eine chemische Wärmebehandlung kann die chemische Zusammensetzung, die metallografische Struktur und die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche des Gussstücks verändern. Zu den häufig verwendeten chemischen Wärmebehandlungsverfahren gehören Aufkohlen, Nitrieren, Karbonitrieren, Borieren und Metallisieren. Bei der chemischen Wärmebehandlung von Gussstücken sollten Form, Größe, Oberflächenzustand und Oberflächenwärmebehandlung des Gussstücks umfassend berücksichtigt werden.
1. Aufkohlen
Unter Aufkohlen versteht man das Erhitzen und Isolieren des Gussstücks in einem Aufkohlungsmedium und das anschließende Eindringen von Kohlenstoffatomen in die Oberfläche. Der Hauptzweck des Aufkohlens besteht darin, den Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche des Gussstücks zu erhöhen und gleichzeitig einen bestimmten Kohlenstoffgehaltsgradienten im Gussstück zu bilden. Der Kohlenstoffgehalt von Aufkohlungsstahl beträgt im Allgemeinen 0,1 % bis 0,25 %, um sicherzustellen, dass der Kern des Gussstücks eine ausreichende Zähigkeit und Festigkeit aufweist.
Die Oberflächenhärte der aufgekohlten Schicht beträgt im Allgemeinen 56 HRC-63 HRC. Die metallografische Struktur der aufgekohlten Schicht besteht aus feinnadeligem Martensit + einer kleinen Menge Restaustenit und gleichmäßig verteilten körnigen Karbiden. Netzwerkkarbide sind nicht zulässig und der Volumenanteil des Restaustenits überschreitet im Allgemeinen 15–20 % nicht.
Die Kernhärte des Gussstücks nach dem Aufkohlen beträgt im Allgemeinen 30 HRC-45 HRC. Die metallografische Kernstruktur sollte kohlenstoffarmer Martensit oder niedriger Bainit sein. Entlang der Korngrenze darf sich kein massiver oder ausgeschiedener Ferrit befinden.
In der tatsächlichen Produktion gibt es drei gängige Aufkohlungsmethoden: Feststoffaufkohlung, Flüssigaufkohlung und Gasaufkohlung.
2. Nitrieren
Beim Nitrieren handelt es sich um einen Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stickstoffatome in die Oberfläche des Gussstücks eingeschleust werden. Nitrieren wird im Allgemeinen unterhalb der Ac1-Temperatur durchgeführt und dient hauptsächlich dazu, die Härte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Fressfestigkeit und atmosphärische Korrosionsbeständigkeit der Gussoberfläche zu verbessern. Das Nitrieren von Stahlgussteilen erfolgt im Allgemeinen bei 480 °C bis 580 °C. Zum Nitrieren eignen sich Gussteile, die Aluminium, Chrom, Titan, Molybdän und Wolfram enthalten, wie z. B. niedriglegierter Stahl, Edelstahl und Warmformwerkzeugstahl.
Um sicherzustellen, dass der Kern des Gussstücks die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und die metallografische Struktur aufweist und die Verformung nach dem Nitrieren verringert wird, ist eine Vorbehandlung vor dem Nitrieren erforderlich. Bei Baustahl ist vor dem Nitrieren eine Abschreck- und Anlassbehandlung erforderlich, um eine gleichmäßige und fein angelassene Sorbitstruktur zu erhalten. Bei Gussteilen, die sich während der Nitrierbehandlung leicht verziehen, ist nach dem Abschrecken und Anlassen auch eine Spannungsarmglühbehandlung erforderlich. Gussteile aus Edelstahl und hitzebeständigem Stahl können im Allgemeinen abgeschreckt und angelassen werden, um die Struktur und Festigkeit zu verbessern. Bei austenitischem Edelstahl kann eine Lösungsglühbehandlung eingesetzt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. Juli 2021