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Das grundlegende Verfahren zur Härtung von Stahl besteht aus der Erwärmung des Metalls auf eine Temperatur, bei der Austenit gebildet wird (etwa 760 bis 870 °C), und anschließender rascher Abkühlung (Abschrecken). Solche Härtungsvorgänge erzeugen große innere Spannungen im Metall, die sich durch Anlassen, Tempern oder Glühen beseitigen lassen. Durch die Wärmebehandlung werden Menge, Größe, Form und Verteilung der Cementitteilchen im Ferrit gesteuert, was wiederum die physikalischen Eigenschaften des Stahles bestimmt. Es gibt viele Variationen dieses Verfahrens. Metallurgen haben entdeckt, daß die Umwandlung von Austenit in Martensit am Ende der Abkühlphase stattfindet, und daß diese Umwandlung von einer Volumenveränderung begleitet wird, die bei zu schnellem Abkühlen zu Rissen im Metall führen kann. |
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Zur Vermeidung dieser Rißbildung sind u. a. drei Verfahren entwickelt worden. Beim langsamen Abkühlen wird der Stahl aus dem Kühlbad genommen, wenn er die Temperatur erreicht hat, bei der sich das Martensit zu bilden beginnt. Dann läßt man ihn an der Luft weiter abkühlen. Beim Martempern wird der Stahl am gleichen Punkt aus dem Kühlbad genommen und dann in ein Bad mit gleicher Temperatur gegeben, bis er im Inneren die gleiche Temperatur angenommen hat. Anschließend läßt man den Stahl an der Luft durch den Temperaturbereich der Martensitbildung abkühlen. Dieser reicht bei den meisten Stählen von etwa 288 °C bis zur Zimmertemperatur. Beim Austempern wird der Stahl in ein Bad aus Metall oder Salz gegeben, das auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, bei der die gewünschte Strukturveränderung stattfindet. Er verbleibt in diesem Bad bis die Umwandlung |
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vollständig abgelaufen ist. Außerdem gibt es noch weitere Verfahren zum Härten von Stahl durch Wärmebehandlung. Beim Einsatzhärten erhält ein fertiges Stahlwerkstück eine extrem harte Oberfläche durch Erhitzen mit Kohlenstoff- oder Stickstoffverbindungen (Aufkohlung, Nitridieren). Diese Verbindungen reagieren mit dem Stahl und erhöhen entweder den Kohlenstoffgehalt oder bilden Nitride in der Oberflächenschicht. Bei der Aufkohlung wird der Rohstahl in Koks oder in Methan bzw. Kohlenmonoxid erhitzt. Beim sogenannten Gasnitridieren werden Stähle mit einer bestimmten Zusammensetzung – der Stahl muß Nitridbildner wie z. B. Chrom oder Titan enthalten – durch Erhitzen in Ammoniakgas gehärtet. Das Nitridierverfahren wird vor allem beim Fahrzeug- und Maschinenbau sowie in der Werkzeugherstellung angewandt. |
