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Härten von Werkzeugstahl

Werkzeugstähle werden mit vom Hersteller der jeweiligen Stahlsorte genau vorgegebenen Temperaturverläufen gehärtet. Da sie nach dem Härten eine Festigkeit aufweisen, die spanende Bearbeitung nur noch durch Schleifen ermöglicht, muss ein entsprechendes Aufmaß einkalkuliert werden, um Formveränderungen durch Härteverzug korrigieren zu können. Werkstücke aus Werkzeugstahl werden zunächst vorbearbeitet, danach spannungsarmgeglüht (siehe Glühen). Nach der anschließenden Fertigbearbeitung, erfolgen dann Erwärmung auf Härtetemperatur, Abschrecken und Anlassen gemäß Werkstoffblatt.

Härten der Randzone

Für bestimmte Anwendungszwecke ist es notwendig, ein Werkstück mit einer harten Außenschicht, der sogenannten Randzone auszustatten, ohne dass die Zähigkeit des Werkstückinneren verloren geht. Zu diesen Anwendungszwecken gehören beispielsweise Wellen und Zahnräder. Zur Erstellung einer gehärteten Randzone gibt es unterschiedliche Verfahren. Welches davon letztlich zum Einsatz kommt, hängt von den spezifischen Anforderungen und vom verwendeten Werkstoff ab. Bei härtbaren Stählen kann man die Randzone beispielsweise durch eine schnelle Erwärmung und direkt folgendes Abschrecken erstellen. Die schnelle, kurze Erwärmung heizt nur die Randschicht genügend auf, sodass beim Abschrecken nur dort die gewünschte Gefügeveränderung eintritt. Die Erwärmung kann dabei auf unterschiedliche Weise geschehen, zum Beispiel durch Induktion (Induktionshärten), durch Laserstrahlung (Laserhärten) oder durch eine Brennerflamme (Flammhärten). Kohlenstoffarme Stähle, die an sich nicht härtbar sind, können durch Aufkohlen (siehe dort) eine härtbare Außenschicht erhalten, die danach wie beim Randschichthärten gehärtet werden kann. Nitrierstähle werden gehärtet, indem mittels Stickstoffanreicherung (ein Verfahren, das vergleichbar dem Aufkohlen bei kohlenstoffarmen Stählen ist) der Außenschicht eine nitridreiche Randzone großer Härte erzeugt wird. Bei diesem Verfahren ist keine weitere Wärmebehandlung notwendig, da die Härte nicht durch Änderungen des Gefüges zu Martensit erzeugt wird, sondern auf den entstandenen Stickstoffverbindungen beruht.

Härten

Als Härten bezeichnet man eine Wärmebehandlung für härtbare Stahlsorten, deren Zweck die Erhöhung der Werkstoffhärte und die Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Materials ist. Zur Anwendung kommt das Härten im Wesentlichen für Werkzeuge sowie Bauteile, die einem starken Verschleiß unterliegen. Beim Härten wird der Stahl zunächst auf die sogenannte Härtetemperatur erwärmt. Diese Temperatur wird je nach Stahlsorte eine gewisse Zeit gehalten, damit die dem Härten zugrundeliegenden Gefügeänderungen sicher abgeschlossen sind. Danach wird der Stahl schnell abgekühlt, dies wird Abschrecken genannt. Dabei wandelt sich das Kristallgefüge im Stahl in sehr hartes Martensit um. Durch die rasche Abkühlung entstehen innere Verspannungen des Gefüges. Um diese zu vermindern, wird der Stahl nach dem Abschrecken nochmals erwärmt, auf die sogenannte Anlasstemperatur. Hierbei reduziert sich die Sprödigkeit des Materials, wobei die Härte nur minimal reduziert wird. Nach dem langsamen Abkühlen an der Luft weist der Stahl seine endgültige Gebrauchshärte auf.

Härteverzug

Bei raschem Abschrecken während des Härtens kommt es durch die ungleichmäßige Abkühlung des Werkstückes zu inneren Spannungen, die äußerlich als Veränderungen in Maß- und Formgenauigkeit erkennbar werden. Diese Veränderungen nennt man Härteverzug. Man kann diesen durch ein angepasstes Härten oder die Verwendung einer entsprechend optimierten Legierung vermeiden – oder ihn zumindest auf ein akzeptables Maß reduzieren. Beim Härten erreicht man dies insbesondere durch eine Reduzierung der Abkühlungsgeschwindigkeit, indem man beispielsweise ein Öl- oder Salzbad statt eines Wasserbades zum Abschrecken verwendet.