Einsatzhärten

Was ist Einsatzhärten?

Einsatzhärten ist ein thermochemisches Verfahren. Die Randschicht von Bauteilen wird mit Kohlenstoff angereichert (Aufkohlung) und anschließend gehärtet, um die mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht zu verbessern.

Einsatzhärten besteht in der Regel aus drei Arbeitsschritten. Im ersten Schritt werden die Werkstücke einer kohlenstoffreichen Umgebung bei einer Temperatur von 800 bis 1.050 °C ausgesetzt. Im zweiten Schritt erfolgt die Abschreckung, entweder direkt von der Einsatztemperatur oder nach Zwischenkühlung und Wiedererwärmung auf eine werkstoffspezifische Härtetemperatur. Der dritte Schritt, die Anlassbehandlung, dient im Wesentlichen dazu, die höchsten Spannungen im Werkstoffgefüge abzubauen und die Schleifrissempfindlichkeit zu verringern.

Das Verfahren

Werkstück vorher

Einsatzstahl (C ≤ 0,25 %)

leicht bearbeitbar
leicht schweißbar
hervorragende Zähigkeit

Werkstück nachher

Kernzone (C ≤ 0,25 %)

zäh und duktil
verbesserte Gebrauchseigenschaften
(Zähigkeit und ggf. Festigkeit)

Randschicht (C = 0,70…0,90 %)

hart und verschleißfest
verbesserte Dauerfestigkeit unter Schwingungsbelastung

Anwendungsgebiete

Einsatzhärten führt zu einer sehr harten Oberfläche des Bauteils: Dies ist insbesondere bei Zahnrädern und ähnlichen Bauteilen nützlich, die in rauer Umgebung einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Dieses Wärmebehandlungsverfahren ist besonders nützlich, wenn eine harte, verschleißfeste Oberfläche erforderlich ist, die über einem viel weicheren und zäheren Kern liegt. Ein gutes Beispiel ist ein Zahnrad. Die Oberfläche der Zähne muss extrem hart sein, damit sie dem ständigen Metall-auf-Metall-Kontakt ohne übermäßigen Verschleiß standhalten können. Das darunter liegende Material muss zäh sein, damit die Zähne gelegentliche Stoßbelastungen verkraften können, ohne dass die Gefahr eines Bruchs besteht.

Einsatzhärten, genauer gesagt Kohlenstoff-Einsatzhärten, wird verwendet, um unlegierten und niedriglegierten Stählen eine harte, verschleißfeste und gegen Eindrücke resistente Oberfläche zu verleihen, bis zu einer Tiefe von 4-5 mm. Als eines der weltweit am häufigsten verwendeten Wärmebehandlungsverfahren wird Einsatzhärten häufig bei Getrieben, Maschinen, Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt.

Für das Einsatzhärten geeignete Stähle sind unlegierte oder legierte Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt unter ca. 0,25 %. Eine partielle Einsatzhärtung ist durch geeignete Isolationstechniken möglich.