Das Aufkohlen ist ein Einsatzhärtungsverfahren, bei dem Kohlenstoff bei hohen Temperaturen in die Oberflächenschicht von Teilen aus kohlenstoffarmem Stahl eindiffundiert wird, wodurch eine harte, verschleißfeste Oberfläche und ein zäher Kern entstehen. Dieses Verfahren ist von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Stahlteilen, so dass sie für Anwendungen geeignet sind, die eine hohe Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordern.
Details zum Verfahren:
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Temperatur und Werkstoff: Beim Aufkohlen werden die Stahlteile auf Temperaturen erhitzt, die hoch genug sind, um das Korngefüge des Stahls zu verändern, in der Regel zwischen 830 und 980 °C (1525 und 1800 °F). Dieser Temperaturbereich ermöglicht die Diffusion von Kohlenstoff in die Stahloberfläche.
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Kohlenstoffdiffusion: Während des Prozesses diffundiert Kohlenstoff aus der Umgebung (oder einer kohlenstoffreichen Atmosphäre) in die Stahloberfläche. Dadurch erhöht sich der Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche und es entsteht eine höhere Kohlenstoffkonzentration als im Kern des Materials.
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Abschrecken: Nach dem Aufkohlungsprozess werden die Teile in Öl oder anderen Abschreckmitteln schnell abgekühlt (abgeschreckt). Durch diese rasche Abkühlung wird die kohlenstoffreiche Oberflächenschicht gehärtet und bildet eine harte Hülle. Der Kern bleibt aufgrund seines geringeren Kohlenstoffgehalts relativ weich und duktil.
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Einsatztiefe und Eigenschaften: Die Tiefe des gehärteten Einsatzes kann zwischen 0,020" und 0,050" liegen. Diese gehärtete Oberfläche bietet eine hervorragende Verschleißfestigkeit, während der weiche Kern die Zähigkeit und Duktilität des Teils aufrechterhält, was es widerstandsfähig gegen Stöße und Ermüdung macht.
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Anwendungen und Vorteile: Das Aufkohlen ist ideal für Teile wie Zahnräder, Werkzeuge und Befestigungselemente, die ein Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordern. Besonders vorteilhaft ist es in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo die Bauteile hohen Belastungen und Verschleiß ausgesetzt sind.
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Variationen und fortgeschrittene Techniken: Fortgeschrittene Verfahren wie das Niederdruck-Vakuum-Carburieren (LPC) und das Niederdruck-Vakuum-Carbonitrieren (LPCN) wurden entwickelt, um die Präzision und Effizienz des Aufkohlungsprozesses zu verbessern. Diese Verfahren ermöglichen eine kontrolliertere Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff, wodurch die Eigenschaften der gehärteten Hülse verbessert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Aufkohlen eine wichtige Einsatzhärtungstechnik ist, die kohlenstoffarmen Stahl in Bauteile mit einer harten, verschleißfesten Oberfläche und einem zähen, duktilen Kern verwandelt, die für eine Vielzahl anspruchsvoller industrieller Anwendungen geeignet sind.
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