Induktionshärten
Das Induktionshärten gehört zu den Randschichthärteverfahren und wird in der DIN 17022-5 definiert. Es kann in die drei Untergruppen: Mittelfrequenzhärten, Hochfrequenzhärten und Hochfrequenz-Impulshärten eingeteilt werden. Wie bei allen Randschichthärteverfahren ist Ziel der Behandlung dem Werkstoff/Bauteil eine verschleißfrei, harte Oberfläche zu verleihen. Dies wird rein durch die Gefügeumwandlung erreicht, denn die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs bleibt unverändert.
Die meisten Randschichthärteverfahren arbeiten mit dem gleichen Prinzip der intensiven Energieeinwirkung um einen geringen Bereich der Randschicht oder Werkstückoberfläche zu erwärmen. Es wird erwärmt bis die Härtetemperatur erreicht und das Gefüge austenitisiert ist. Durch die geringen Aufheizzeiten wird hier vom „Kurzzeitaustenitisieren“ gesprochen. Üblicherweise werden, um eine vollständige Austenitisierung zu erreichen, die Härtetemperaturen um 50°C – 100°C überschritten und die Bauteile direkt nach der Erwärmung mit einem geeigneten Medium abgeschreckt. Da die Carbide bei diesen Verfahren nicht vollständig aufgelöst werden müssen, ist lediglich auf eine homogene Temperaturverteilung in der betroffenen Schicht zu achten. Es muss dabei sichergestellt sein dass sich genügend Kohlenstoff in Lösung befindet um die geforderte Festigkeit zu erreichen. Idealerweise werden Werkstoffe vor dem Induktionshärten/Randschichthärten vergütet da nach einer Vergütung ein weitgehend homogenes Gefüge mit gleichmäßiger Kohlenstoffverteilung vorliegt und auch die Eigenschaften des Kerngefüges verbessert sind. Durch das Vergüten wird die schnelle Austenitisierung begünstigt.
Der von Wechselstrom durchflossene Induktor, auch Heizleiter genannt, erzeugt durch seine physikalische Eigenschaft als Spule ein wechselndes Magnetfeld. Bringt man nun ein leitfähiges, metallisches Material in dieses Magnetfeld, wird eine elektrische Wechselspannung induziert und diese erzeugt dann Wirbelströme im Bauteil. Zonen, die durch Wirbelströme durchflossen sind, erwärmen sich Aufgrund ihres elektrischen Widerstandes und Hysteresisverlusten bei ferromagnetischen Metallen (wie z.B. Fe, Co, Ni). Wie bei allen Härteverfahren muss auch beim Induktionshärten, in einem geeigneten Medium, abgeschreckt werden. Ausnahmen gibt es beim Hochfrequenz-Impulshärten, hier arbeitet man mit Eigen- oder Selbstabschreckung. Hier reicht die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs aus um die Wärme in den Kühlen Kern zu transportieren und die Gefügeumwandlung in Martensit einzuleiten. Weiterhin kann mit der Eigen- oder Selbstabschreckung gearbeitet werden wenn die Bauteilabmessungen ca. 10 Mal größer sind als die Einhärtungstiefe. Nach dem Induktionshärten werden die Bauteile meistens zwischen 150°C – 200°C angelassen um dir Gebrauchshärte einzustellen und die größten inneren Spannungen abzubauen.
Das Induktionshärten hat Vorteile gegenüber den anderen Verfahren. Einerseits sind durch das schnelle Erwärmen und sofortige Abschrecken die Durchlaufzeiten sehr kurz. Andererseits kann durch die Anpassung des Heizleiters an das Werkstück eine konturtreue Härtung realisiert werden. Die Gefahr der Verzunderung, Randentkohlung und Grobkornbildung besteht auf Grund der kurzen Heiz- und Haltezeiten praktisch nicht.
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