Atmosferisch harden

De materialen worden gehard in een inerte gasatmosfeer bestaande uit stikstof, methanol en aardgas. Deze atmosfeer is precies afgestemd op het koolstofgehalte van het desbetreffende materiaal. Bij temperaturen die gewoonlijk boven 780°C liggen, wordt de beginstructuur van het onderdeel eerst omgezet in een austenitische structuur. Het werkstuk wordt op deze temperatuur gehouden, zodat de legeringselementen homogeen in deze austenitische structuur kunnen worden opgenomen. Vervolgens wordt het werkstuk zodanig afgekoeld dat een zogenaamde martensitische structuur ontstaat. Het afschrikken is een snelle afkoeling van het werkstuk en wordt uitgevoerd in olie, gas of andere afschrikmiddelen. Daarna ontstaat door het ontlaten de gewenste eigenschappen van het onderdeel, vooral de noodzakelijke hardheid en taaiheid. Bij dit proces vindt het temperen plaats bij hoge temperaturen. Een optionele cryogene behandeling kan worden uitgevoerd na het beschermend harden met gas. Deze dient om het achtergebleven austeniet om te vormen en het martensiet te stabiliseren. Vanwege de hoge temperaturen zal er onvermijdelijk een zekere mate van vervorming optreden.

Er dient vermeld te worden dat harden het volledig doorharden van een materiaal betekent. Harden en ontlaten is dus iets heel anders dan oppervlakteharden of precipitatieharden.

De meeste processen worden uitgevoerd in zeer geavanceerde oveninstallaties, die speciaal zijn ontworpen om de best mogelijke resultaten te verkrijgen.

Atmosferisch harden is het harden van onderdelen in een inerte atmosfeer. Hierdoor wordt het oppervlak van het onderdeel beschermd tegen vervuiling en oxidatie en tegen opkolen en ontkolen. Door middel van een geregeld koolstofpotentiaal in de inerte gasatmosfeer kunnen ontkolings- en opkolingsprocessen worden omgekeerd.

de theorie van microstructurele transformatie

Staal in ongeharde toestand heeft een kubisch ruimtelijk gecentreerde (krg) structuur, waarin het slechts zeer weinig koolstof kan oplossen. Na verhitting tot boven ca. 720 °C ontstaat austeniet. Austeniet heeft een kubisch vlakken gecentreerde (kvg) kristalstructuur (en neemt een kleiner volume in). Het kan aanzienlijk meer koolstof oplossen, wat gebeurt bij verhardingstemperatuur. Door het materiaal dan snel genoeg af te koelen, waardoor het van de kubisch vlakken gecentreerde structuur terug verandert in de kubisch ruimtelijk gecentreerde structuur, blijft er oververzadigde koolstof over en ontstaat er martensiet. Door de aanwezigheid van oververzadigde koolstof wordt het krg-rooster uitgerekt tot een tetragonaal rooster. Het martensiet bezit daardoor hoge inwendige spanningen en een groter volume dan niet-gehard staal bij kamertemperatuur. Als gevolg hiervan resulteren de hoge inwendige spanningen in een hoge hardheid van het materiaal. Bij het ontlaten zal een beetje koolstof uit de tetragonale kubus diffunderen. Dientengevolge nemen de spanningen en het volume, maar ook de hardheid af en neemt de taaiheid aanzienlijk toe.