Aufkohlen

Aufkohlen

Das Aufkohlen, nach DIN EN 10052, ist ein thermochemisches Verfahren bei dem der Randschicht von Werkstücken ein höherer Kohlenstoffgehalt zugeführt wird. Beim Aufkohlen, das früher überwiegend „Einsetzen“ genannt wurde (daher die Namensgebung für das Einsatzhärten), wird das Bauteil im Bereich des homogenen Austenits für 1-200 Stunden geglüht. Die Löslichkeit von Kohlenstoff beträgt bei unlegierten Stählen zwischen 1,1 – 1,7% bei Temperaturen von 850°C – 1050°C. Legierte Stähle können im Bereich des Austenits weniger Kohlenstoff lösen. Einsatzstähle mit Kohlenstoffgehalten von 0,1% bis 0,25% erhalten auf diese Weise einen Randkohlenstoffgehalt von 0,7% bis 0,9% und sind somit gut härtbar wobei der Kern seinen niedrigeren Kohlenstoffgehalt behält und somit verformbar bleibt.

Eine der wichtigen Kenngrößen beim Aufkohlen ist die Aufkohlungstemperatur. Sie hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Ergebnis beim Aufkohlen bzw. das Einsatzhärten. Die optimale Temperatur zum Aufkohlen liegt bei etwa 850°C – 1050°C. Ist die Temperatur zu niedrig, diffundiert der Kohlenstoff zwar in die Oberfläche des Werkstoffs ein, die Diffusionsgeschwindigkeit ist aber zu gering und der Kohlenstoff kann nicht weit genug vordringen. Dies hat eine dünne Schicht zur Folge, die sehr zementitreich ist und einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 2% aufweisen kann. Dieser Bereich ist extrem spröde und deshalb unerwünscht. Ist die Temperatur zu hoch, diffundiert der Kohlenstoff zu schnell in den Werkstoff ein was zur Folge hat dass der Randbereich den Kohlenstoffgehalt von 0,7% – 0,9% nicht mehr erreicht und die optimale Härtbarkeit nicht mehr gegeben ist.

Die Aufkohlungstiefe ist für das Einsatzhärten bzw. Aufkohlen eine weitere Kenngröße von enormer Bedeutung. Sie gibt Aufschluss über den tatsächlichen Kohlenstoffgehalt der Randschicht und lässt sich in einer Kohlenstoffverlaufskurve/Härteverlaufskurve darstellen. Diese Kurve zeigt den Kohlenstoffgehalt (in %) abhängig zum Abstand zur Werkstückoberfläche. Die DIN EN 10052 legt dabei fest,dass die Aufkohlungstiefe die Tiefe ist an der noch ein Kohlenstoffgehalt von 0,35% vorliegt. In der Praxis entspricht das einem Härtewert von ca. 550 HV (etwa 52,3 HRC).

Der Kohlenstoffpegel Cp ist der Gehalt an Kohlenstoff, den das Kohlenstoffabgebende Medium freisetzt und welcher dann für Diffusionsvorgänge zur Verfügung steht. Ein Werkstoff kann maximal den Kohlenstoffgehalt des Kohlenstoffpegels annehmen sofern es nicht durch die eigene Begrenzung der Kohlenstofflöslichkeit beschränkt wird. Ist der Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes größer als der Kohlenstoffpegel so verliert der Werkstoff Kohlenstoff bis sich ein Gleichgewicht eigestellt hat. Hier wird dann von sogenannter Entkohlung gesprochen.

Nach dem Aufkohlen erfolgt dann klassischerweise das eigentliche Härten. Denn erst nach dem Härten erhalten die aufgekohlten Werkstücke die benötigten Gebrauchseigenschaften.