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Carbonitrieren von Stahl

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Unter dem Begriff Carbonitrieren wird eine gesonderte Form des Einsatzhärtens verstanden. Dieses Wärmebehandlungs-Verfahren kommt vor allem zum Einsatz, um billige, unlegierte und niedrig legierte Stähle härtbar zu machen. Carbonitrieren wird eingesetzt, wenn geringe bis mittlere Einhärtungstiefen erreicht werden sollen.

Während des Verfahrens werden Kohlenstoff sowie geringe Mengen Ammoniak in die Randschicht des behandelten Werkstücks eindiffundiert. Da Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff besteht dient der Stickstoff während des Verfahrens in der Regel als Legierungselement im Randbereich. Die Randhärtbarkeit der carbonitrierten Werkstücke wird dadurch wesentlich verbessert. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, Automatenstähle und Tiefziehstähle, die sonst nicht oder kaum zu härten sind, härtbar zu machen. Besonders bei diesen Stählen birgt das Carbonitrieren aufgrund deren hohen Mangangehalts die Gefahr der Bildung von Restaustenit.

Ablauf Verfahren Carbonitrieren

Die mit dem Verfahren erreichten Carbonitriertiefen (Härtetiefen) reichen von etwa 0,06 bis 0,60 mm und sind von der Verfahrenstemperatur beim Carbonitrieren abhängig. Je höher diese gewählt wird, umso geringer ist die Aufnahmemenge von Stickstoff in den Randbereich des Werkstücks. Aufgrund dieser Tatsache wird die Verfahrenstemperatur abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Werkstücks nach dem Carbonitrieren gewählt. Üblicherweise wird Carbonitrieren bei Temperaturen von 750 bis 930°C durchgeführt.

Ablauf des Verfahresn Carbonitrieren
Ablauf des Verfahresn Carbonitrieren

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Wird vor allem Wert auf eine große Härte der Randschicht gelegt, wählt man Temperaturen im oberen Bereich des genannten Spektrums. Muss aufgrund der späteren Verwendung der Werkstücke möglichst viel Stickstoff eingelagert werden, sind niedrigere Temperaturen für das Carbonitrieren zu wählen.

In der Regel werden carbonitrierte Stähle nach dem Abschrecken angelassen. Für unlegierte Stähle werden dabei Temperaturen zwischen 150 und 180°C gewählt, legierte Stähle erfordern beim Anlassen eine Temperatur zwischen 160 und 200°C.

Carbonitrieren
Aufbau & Funktionsweise Carbonitrieren

Unterschiede zwischen Carbonitrieren und Einsatzhärten

Im Vergleich zur herkömmlichen Einsatzhärtung zeigen carbonitrierte Stähle nach der Härtung einen verbesserten Reibverschleißwiderstand sowie bessere Notlaufeigenschaften. Je mehr Stickstoff während des Carbonitrierens in die Randschicht eindiffundiert wurde, desto höher kann man die Temperatur beim anschließenden Anlassen wählen.

Einordnung der Wärmebehandlung Carbonitrieren

Gemäß DIN 8580 ist Carbonitrieren ein Fertigungsverfahren, bei dem die Stoffeigenschaften verändert werden. Trotz der Namensgebung wird das Carbonitrieren jedoch nicht zu den Nitrierverfahren, sondern zu den Härteverfahren gezählt. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass beim Härten durch Carbonitrieren nur relativ geringe Menge an Stickstoff in die Werkstück-Randschicht eindiffundiert werden. Es handelt sich demzufolge nicht um eine verbindungsschichtbildende Wärmebehandlung.

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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