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Oberflächenhärten - Flammhärten

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Das thermische Verfahren Flammhärten dient der Oberflächenhärtung und gehört zur Verfahrensgruppe Randschichthärten. Zu den weiteren Verfahren der Randschichthärtung zählen nach DIN 10052 die Verfahren Induktionshärten, Laserstrahlhärten und Elektronenstahlhärten.

Verfahren Flammhärten vor Stahl

Beim Flammhärten wird eine dünne Außenschicht des Werkstücks mit starken Brennerflammen auf eine bestimmte Härtetemperatur erwärmt und anschließend durch Abschrecken mit Wasser oder Öl gehärtet (Anlassen), noch bevor die Hitze das gesamte Werkstück durchdrungen hat. Das Ziel ist die Herstellung einer harten, verschleißfesten Oberfläche bei einem zähen Kern. Dazu werden mehrere hintereinander angeordnete Brennerflammen sowie Brausen langsam über das jeweilige Werkstück geführt. In der Regel besteht das Werkstück aus Vergütungsstahl.

Aufbau & Ablauf – Flammhärten
Aufbau & Ablauf – Flammhärten

Beim Erwärmen wird das Gefüge des Werkstücks in einen austenitischen Zustand gebracht. Das geschieht in erster Linie durch die Strahlungswärme, die durch die Verbrennung des Gas-Sauerstoff-Gemisches entsteht - ebenso durch Wärmeleitung. Abgeschreckt wird das Werkstück mit speziellem Härteöl, Wasser, Pressluft oder einem speziellen synthetischen Abschreckmittel.

Parameter für Flammhärten

Je nach Werkstoff liegen die Härtetemperaturen zwischen 820 und 900 °C. Die entstehende gehärtete Schicht ist ca. 1 bis 1,5 mm tief. Um die Härtungstiefe zu erhöhen, wird die Vorschubbewegung des Werkstücks oder des Brenners verringert. Die Härte selbst wird durch den Abstand zwischen Wasserbrause und Brenner beeinflusst. Dabei ist sowohl die Form der Brause als auch die des Brenners der Werkstückform angepasst.

Eigenschaften von flammgehärteten Teilen

Bei diesem Verfahren werden im Normalfall nur die einem besonderen Verschleiß unterworfenen Flächenbereiche des Werkstücks gehärtet. Dabei erhöhen sich gleichzeitig Wälz- und Dauerfestigkeit in randnahen Bereichen aufgrund der induzierten Druckspannungen.

Geeignete Werkstoffe für das Flammhärten

Für Randschichthärten mittels Flammhärtung werden spezielle legierte sowie unlegierte Vergütungsstähle, die einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,4 - 0,6 % aufweisen, benötigt (nach EN 8670). Mit diesen Materialien entstehen Oberflächenhärten bis zu ca. 800 HV (Vickershärte).

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Vorteile des Flammhärtens

Mit dem Flammhärten werden aufgrund der höheren Härte in den Randschichten in Kombination mit einer zähen Kernzone bessere mechanische Eigenschaften des Bauteils erreicht. Diese sind:

  • höherer Verschleißwiderstand
  • hohe Wälzfestigkeit, zum Beispiel bei Wälzlagern oder Zahnrädern
  • erhöhte Biegewechselfestigkeit im gehärteten Randbereich

Weitere Vorteile des Flammhärtens:

  • auch für kleine Losgrößen geeignet
  • geringer Verzug
  • geringer Zunderanfall
  • hoher Durchsatz möglich
  • hohe Automatisierbarkeit
  • auch Härtung von sperrigen, großen Bauteilen möglich
  • flexibles Härten, da kein Induktor benötigt wird
  • gleichmäßiger Härteverlauf
  • gleichmäßige Härtewerte
  • es entsteht kein scharfer Übergang bei hoher Ausgangsfestigkeit unterhalb der Härtezone
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