Carbonitrieren erklärt: Erhöhung der Oberflächenhärte und Haltbarkeit von Stahlteilen

Teile, die Präzisionsbearbeitung und Feingussprozesse durchlaufen, können eine Schwächung ihrer Außenflächen durch die Bearbeitungsprozesse erfahren. Legierte Stähle und Kohlenstoffstähle sind möglicherweise nicht stark genug, um dem ständigen Verschleiß standzuhalten, den sie im Betrieb erfahren. Um eine härtere Oberfläche zu schaffen und Metallen vorteilhaftere mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Duktilität und Oberflächenhärte zu verleihen, durchlaufen die Teile einen Wärmebehandlungsprozess.

Es gibt viele Wärmebehandlungsverfahren. Ein solches Verfahren heißt Carbonitrieren, welches als Randschichthärtung gilt. Beim Randschichthärten werden Chemikalien dem Teil zugegeben, das in einer verschlossenen Kammer hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Der "Rand" des Teils, also die äußere Oberfläche, erfährt die Randschichthärtung. Wie tief die Randschichthärtung in das Teil eindringt, basiert auf verschiedenen Faktoren wie Härtetemperatur, Abschreckrate, Härtbarkeit des Metalls, den Bauteilabmessungen und der Carbonitriertiefe.

Carbonitrieren

Carbonitrieren umfasst einen austenitischen Härteprozess für Metalle, um ihre kristallinen Mikrostrukturen zu verändern, damit sie bestimmte positive Eigenschaften erhalten. Wenn Metalle als austenitisch gelten, härten sie nicht allein durch Hitze aus. Chemikalien – in diesem Fall Kohlenstoff und Stickstoff aus zugesetztem Ammoniak – müssen auch in einem thermochemischen Prozess eingeführt werden. Diese Chemikalien dringen in die Mikrostruktur an der Teileoberfläche ein, verändern und verzerren sie, während der Rand duktiler, haltbarer und härter wird.

Prozess

Der Prozess beginnt damit, das niedriglegierte oder niedrigkohlenstoffhaltige Stahlteil zu erhitzen, bis ein Temperaturbereich von ca. 850 °C (1500 °F) erreicht ist. Stickstoff und Kohlenstoff werden in die verschlossene Kammer eingebracht, da sie in die Oberflächenschichten des Teils diffundieren. Das Teil wird dann in Öl abgeschreckt. Dieser Prozess härtet das Metall und erhöht seine Verschleißfestigkeit. Die Carbonitriertiefen an den Teilen können ca. 0,1 mm bis 0,75 mm erreichen.

Anwendungen

Der Carbonitrierprozess ist ideal für kostengünstigere Metalle, deren Oberflächenschichten wärmebehandelt werden müssen, um das Metall haltbarer und stärker zu machen. Niedrigkohlenstoff- und niedrighärtbare Stahlteile können vielfältige Vorteile aus diesem Prozess ziehen. Gängige Teile, die Carbonitrieren durchlaufen können, umfassen:

• Kolben
• Befestigungselemente
• Stifte
• Zahnräder
• Wellen
• Zahnradzähne
• Matrizen
• Werkzeuge
• Hebel

Um zu bestimmen, ob das Teil Carbonitrieren durchlaufen sollte, sollten das verwendete Metall, die Teilepezifikationen und die Verwendung des Teils in der Anwendung berücksichtigt werden.

Vorteile des Carbonitrierens

Carbonitrieren verleiht kleinen Teilen Verschleißfestigkeitseigenschaften. Der Prozess beinhaltet die Veränderung der Mikrostruktur der Oberflächenschicht anstatt einer äußeren Beschichtung hinzuzufügen, die durch abrasive Prozesse von anderen Metallteilen abgenutzt werden könnte. Daher muss das Teil nicht ständig eine äußere Beschichtung für den Schutz im täglichen Gebrauch erhalten. Dieser Prozess kann auch für einfache und komplexe Teile angewendet werden.

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