Härten und Anlassen mittels Induktion
Was ist Hardening?
Das Härten lässt sich vereinfacht als jeder Prozess definieren, durch den die Härte eines Werkstoffs erhöht und dessen Duktilität verringert wird. Dieser Prozess wird eingesetzt, um stark verschleißanfällige Oberflächen zu verstärken und die Gesamtlebensdauer von Bauteilen zu verlängern. Zwar gibt es verschiedene Härtungsverfahren, deren Eignung jeweils vom jeweiligen Werkstoff abhängt, doch wird die Induktionstechnologie häufig bei einem speziellen Härtungsverfahren angewendet, das als „Härten und Anlassen“ bezeichnet wird.
Was versteht man unter „Härten und Anlassen“?
Das Abschrecken und Anlassen ist ein Härtungsverfahren, das ausschließlich bei Stahl mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffgehalt angewendet wird. Zunächst wird der Stahl auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, wodurch eine Umwandlung der Kristallstruktur von Ferrit zu Austenit stattfindet. In diesem veränderten Zustand kann der Stahl eine größere Menge an Kohlenstoff aufnehmen als unter normalen Umständen. Anschließend wird der Stahl in einer Induktionsanlage mit Wasser, Öl oder einer Wasser-Polymer-Lösung schnell abgeschreckt. Diese schnelle Abkühlung verhindert die Bildung von Kohlenstoffausscheidungen, die die Endhärte des Stahls beeinträchtigen könnten.
Wenn der Stahl auf eine niedrigere Temperatur abkühlt, versucht er, in seinen ursprünglichen Niedrigtemperaturzustand zurückzukehren. Da er jedoch mehr Kohlenstoff aufgenommen hat, als sein ursprünglicher Zustand aufnehmen kann, wandelt sich der Stahl in eine eigenständige Kristallstruktur um, die als Martensit bezeichnet wird. Martensit ist aufgrund seiner verzerrten Kristallstrukturen und der erhöhten Kohlenstoffsättigung außergewöhnlich hart. Der Stahl erreicht zu diesem Zeitpunkt zwar eine hohe Härte, wird aber auch ziemlich spröde.
Das Anlassen ist der nächste Schritt, bei dem der Stahl auf eine niedrigere Temperatur wiedererwärmt wird, um die Härte und damit auch die Sprödigkeit leicht zu verringern. Die genaue Temperatur für das Anlassen hängt vom gewünschten Härtegrad ab. Sobald die Zielhärte erreicht ist, wird der Stahl erneut abgeschreckt, um zu verhindern, dass Restwärme den Stahl weiter anlasst.
Härten und Anlassen mittels Induktion
Die Induktionstechnologie wird vorwiegend bei dem Vergütungsverfahren eingesetzt, wo sie erhebliche Vorteile bietet. Um bei diesem Verfahren das gewünschte Härteprofil zu erzielen, ist sowohl beim Erwärmen als auch beim Abschrecken des Stahls höchste Präzision erforderlich. Selbst geringfügige Abweichungen, wie beispielsweise eine um einen Moment zu lange Erwärmung oder das Abschrecken bei einer falschen Temperatur, können zu erheblichen Unterschieden zwischen den einzelnen Bauteilen führen. Daher ist eine präzise Steuerung des Prozesses von entscheidender Bedeutung, und die Induktionstechnologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie im Vergleich zu anderen Erwärmungsverfahren eine überlegene Regelbarkeit bietet.
Die automatische Handhabung und Fixierung von Bauteilen für den Erwärmungs- und Abschreckvorgang tragen zu hohen Produktionsraten und gleichbleibenden Ergebnissen bei verschiedenen Bauteilen bei. Die Induktionshärtung zeichnet sich als schnellstes Verfahren zum Härten und zur Wärmebehandlung aus und führt zu minimalen Verformungen, keiner Entkohlung der Oberfläche, einer feinkörnigen Mikrostruktur sowie sorgfältig kontrollierten Härteverteilungen. Für jeden Betrieb, der seine Produktion auf die nächste Stufe heben möchte, erweist sich die Induktionshärtung als die ideale Lösung.
Induktionshärten
Eine selektive Induktionshärtung kann die Leistungsfähigkeit von Bauteilen verbessern, indem sie hybride mechanische Eigenschaften bietet: Härte an den verschleißanfälligen Oberflächen und Duktilität im Kern, um Schlagfestigkeit zu gewährleisten.
Beim selektiven Induktionshärten kann Wärme gezielt und schnell auf einen bestimmten Bereich eines Bauteils übertragen werden. Dadurch bildet sich auf dem Bauteil eine Schicht aus gehärtetem Material. Dies ist ideal für Bauteile, die im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt sind und eine Kombination verschiedener mechanischer Eigenschaften erfordern, beispielsweise eine hohe Streckgrenze, Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit zugleich.
Das genaue Härtungsmuster lässt sich durch entsprechende Anpassung der verwendeten Frequenz, der Geometrie der Induktionsspule, der Leistungsstufe und der Position des Werkstücks in der Spule steuern. Dank der branchenweit führenden Präzision der Radyne-Systeme bleibt das Härtungsmuster von Werkstück zu Werkstück äußerst konsistent. Die Drehung während des Erhitzens gewährleistet eine gleichmäßige Härtung.
Progressives Induktionshärten | Induktionsabtastung
Häufig müssen Bauteile an bestimmten Stellen oberflächengehärtet werden, um eine optimale Leistung und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Das Induktionshärten, bei dem eine schrittweise Erwärmung und Abschreckung zum Einsatz kommt, bietet eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Bearbeitung von Wellen oder anderen Bauteilen.
Indem eine Stahlwelle schrittweise durch eine Induktionsspule in ein Wasserabschreckbecken geführt wird, kann die äußere Schicht erwärmt, abgeschreckt und gehärtet werden, ohne den Kern zu beeinträchtigen. Wenn eine vollkommen gleichmäßige Härteschicht erforderlich ist, muss die Welle häufig gedreht werden. Die Spule und das zugehörige Wasserabschreckbecken bilden in der Regel eine Einheit, da die Position des Wasserabschreckbeckens im Verhältnis zum Induktor von großer Bedeutung ist. Die Wasserversorgung erfolgt häufig durch die Spule selbst, wie in der Abbildung dargestellt. Durch das kontrollierte Durchlaufen der Wellen durch die Induktionsspule und den Abschreckring bei gleichzeitiger Drehung lassen sich kontrollierte Einhärtetiefen über einstellbare Längen der Wellen erzielen – und das alles in einem automatisierten Zyklus.
Die Steuerung der Einhärtungstiefe hängt von der Leistungsaufnahme des Generators und der Abwärtsgeschwindigkeit der Welle durch die Induktionsspule ab, während die Länge des gehärteten Abschnitts durch ein Pyrometer geregelt wird, das entsprechend den Spezifikationen eingestellt ist. Sobald die gewünschte Einhärtungstiefe und das gewünschte Härteprofil durch die Abstimmung der Anlagenparameter ermittelt wurden, können diese Einstellungen einheitlich festgelegt werden, um einen wiederholbaren Prozess für jedes einzelne Teil zu gewährleisten.
Die beschriebene Anwendung betrifft zwar die Oberflächenhärtung, lässt sich jedoch auch auf andere Wärmebehandlungsverfahren anpassen, die eine schrittweise Erwärmung erfordern, wie beispielsweise das Glühen und das Anlassen.