Vakuumhärten Dauerhafte Maßgenauigkeit durch Tiefkühlen sichergestellt

Das Verfahren Cool Plus eröffnet neue Behandlungsmöglichkeiten in der Vakuum-Wärmebehandlung. Mit diesem zweistufigen Verfahren aus Tiefkühlen und Anlassen wird eine schleichende Veränderung

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Das Verfahren Cool Plus eröffnet neue Behandlungsmöglichkeiten in der Vakuum-Wärmebehandlung. Mit diesem zweistufigen Verfahren aus Tiefkühlen und Anlassen wird eine schleichende Veränderung der Bauteilmaße verhindert und die Riss- und Korrosionsgefahr weiter reduziert. Sogar die Behandlung niedrig legierter Stähle im Vakuum ist möglich.

Die H+K Härte- und Oberflächentechnik GmbH, Aldingen, hat über die Erweiterung des Anlagenparks ihre Kernkompetenz im Bereich Vakuum gestärkt. Neu dazugekommen ist das Vakuumverfahren Cool Plus, das eine schleichende Maßveränderung nach dem Härten und Einsatzhärten verhindert.

Die Lohnhärterei, die zur Hommel + Keller-Gruppe gehört, verfügt inzwischen über acht Vakuum-Härteanlagen. Sie ist damit eine der größten Vakuumhärtereien im süddeutschen Raum. In der Erweiterung des Anlagenparks und der Anwendung zukunftsweisender Verfahren wird ein wichtiger Schritt zu mehr Wettbewerbsfähigkeit gesehen. Vor allem der Bereich Vakuum-Wärmebehandlung soll wachsen. Dabei kommt dem Vakuumverfahren Cool Plus eine besondere Rolle zu. Es ermöglicht das Tiefkühlen und Anlassen in einem Prozess, wodurch sich deutliche Verbesserungen in punkto Maßhaltigkeit und Korrosionsbeständigkeit der behandelten Teile ergeben.

Das Verfahren wird bei einsatzgehärteten, hoch legierten, kohlenstoffreichen Stählen, aber auch bei im Vakuum gehärteten, niedrig legierten Stählen angewandt. Im ersten Prozessschritt kommt dabei das Tiefkühlen zur Anwendung mit dem Ziel, eine dauerhafte Maßgenauigkeit zu garantieren. Weil beim Härten und Einsatzhärten je nach Stahl nicht das gesamte härtbare Gefüge in Martensit umgewandelt wird, verbleiben weiche Bestandteile im Gefüge, aus denen mit der Zeit Martensit entsteht. Das geht allerdings mit einer allmählichen Volumenveränderung einher. Demgegenüber findet beim Tiefkühlen eine nahezu vollständige Umwandlung des härtbaren Gefüges in Martensit innerhalb des Prozessschrittes statt.

Umwandlung in Martensit hängt von der Haltezeit ab

Um eine fast vollständige Gefügeumwandlung zu erreichen, werden die behandelten Teile innerhalb von 2 h auf Tiefkühltemperatur (–80 °C und darunter) gebracht. Ab dieser Temperatur wird Restaustenit in Martensit umgewandelt und dadurch eine schleichende Maßveränderung vermieden.

Der Erfolg der Umwandlung hängt von der Haltezeit auf Tiefkühltemperatur ab. Sie wird mit Hilfe eines Referenz-Werkstücks gesteuert, dessen Wanddicke der des Bauteils entspricht. Das Referenz-Werkstück liefert die Temperatur, die mit Hilfe eines Thermoelements gemessen und zur automatischen Steuerung herangezogen wird. Ist eine Temperatur von –80 °C erreicht, wird sie etwa 30 min lang „gehalten“.

Korrosion bereitete Probleme beim Anlassen

Im zweiten Prozessschritt erfolgt das Anlassen. Ziel dabei ist es, die beim Tiefkühlen erzeugten mechanischen Spannungen in den Bauteilen zu eliminieren. Das ist mitentscheidend für die Bauteilqualität. Allerdings gab es dabei bislang einen Knackpunkt in der Behandlungskette: Denn kommen die Teile nach dem Tiefkühlen mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt, erhöht sich deren Korrosionsanfälligkeit. Grund dafür ist die durch das Auftauen bedingte Kondenswasserbildung an den Bauteiloberflächen.

Das Verfahren Cool Plus verhindert eine Korrosion, weil beide Prozessschritte – das Tiefkühlen und Anlassen – in ein und derselben Anlage stattfinden: im Anlassofen (Cool-Plus-Anlage), Bei H+K ist der Anlassofen für 600 mm × 900 mm × 600 mm große und bis zu 500 kg schwere Chargen ausgelegt. Entscheidend ist, dass die Bauteile erst nach dem kompletten, zweistufigen Behandlungsprozess mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt geraten. Dadurch wird Bauteilkorrosion und -oxidation vermieden.

Prozesssichere Behandlung niedrig legierter Stähle

Die Vorteile des Verfahrens sind damit allerdings noch lange nicht erschöpft. So führt eine genaue Prozessprogrammierung zu einer regulierbaren Abkühlung. Auf diese Weise wird beim Tiefkühlen die Gefahr von Spannungsrissen minimiert. Außerdem ist das Verfahren zur Behandlung von Serienteilen sehr gut geeignet. So sorgen moderne Programmsteuerungen für reproduzierbare Behandlungsparameter und damit für eine gleichbleibende Bauteilqualität.

Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren eine prozesssichere Behandlung von niedrig legierten Stählen; zum Beispiel von 100Cr6, 42CrMo4 und 90MnCrV8. Dabei kommt eine 2-Kammer-Vakuumanlage zur Anwendung, mit der ein sehr schnelles Abschrecken der Bauteile ermöglicht wird.

Schnelle Abschreckung für niedrig legierte Stähle

Bei niedrig legierten Stählen ist eine schnelle Abschreckung absolut erforderlich. Dauert sie zu lange, kommt es nicht zur martensitischen Gefügeumwandlung; vielmehr wird man Bauteile erhalten, die weichfleckig sind. Niedrig legierte Stähle können beim Härten im Vakuum daher nur in einer 2-Kammer-Anlage prozesssicher behandelt werden. Der bereits beschriebene Tiefkühl- und Anlassprozess muss sich binnen 2 h anschließen. Nur so wird verhindert, dass Restaustenit im Gefüge erhalten bleibt.

H+K ist eine der wenigen Lohnhärtereien, die ein Spezialverfahren für diese Legierungen anbieten – mit allen Verfahrensvorteilen des Vakuumhärtens, wie reproduzierbare Ergebnisse, extrem hohe Maßgenauigkeit und verlässlicherer Korrosionsschutz. Ohne Tiefkühlen ist selbst bei einer 2-Kammer-Anlage aufgrund der Trägheit des Stickstoffs immer ein gewisser Prozentsatz an Restaustenit im Gefüge vorhanden.MM

Petra Volz ist Assistentin der Geschäftsleitung der H+K Hommel + Keller-Gruppe in 78554 Aldingen, Tel. (0 74 24) 97 05-3 16, Fax (0 74 24) 97 05-50, p.volz@hommel keller.de

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