Der Kohlenstoffgehalt des Aufkohlens führt in der Regel zu einer mit Kohlenstoff angereicherten Oberflächenschicht, die oft Werte zwischen 0,8 % und 1,2 % Kohlenstoff erreicht. Dieses Verfahren dient dazu, die Oberflächenhärte, die Verschleißfestigkeit und die Ermüdungsfestigkeit von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu verbessern, die ursprünglich einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 % bis 0,3 % aufweisen.
Zusammenfassung der Antwort:
Durch das Aufkohlen wird der Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht von kohlenstoffarmen Stählen auf 0,8 bis 1,2 % erhöht. Dieser Prozess ist entscheidend für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Stahls, wie Härte und Verschleißfestigkeit.
-
Ausführliche Erläuterung:Ursprüngliche Stahlzusammensetzung:
-
Die üblicherweise für das Aufkohlen verwendeten Stähle wie 12L14, 1018 und 8620 haben einen niedrigen Anfangskohlenstoffgehalt (0,05 % bis 0,3 %). Dieser niedrige Kohlenstoffgehalt macht den Stahl duktil und leicht umformbar, aber nicht hart genug für Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit oder Ermüdungsfestigkeit erfordern.Verfahren der Aufkohlung:
-
Beim Aufkohlen werden die Stahlteile in einer kohlenstoffreichen Atmosphäre oder im Vakuum auf hohe Temperaturen erhitzt (in der Regel zwischen 900°C und 1000°C oder 1200F und 1600F). In dieser Umgebung kann der Kohlenstoff in die Stahloberfläche diffundieren und reichert sie mit Kohlenstoff an. Der Prozess wird so gesteuert, dass der Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht zwischen 0,8 % und 1,2 % liegt, was der eutektoiden Zusammensetzung von Stahl (0,8 % Kohlenstoff) nahe kommt.Zweck des erhöhten Kohlenstoffgehalts:
-
Der erhöhte Kohlenstoffgehalt in der Randschicht verändert das Gefüge und fördert die Bildung von härteren Phasen wie Martensit beim anschließenden Abschrecken. Dies führt zu einer harten, verschleißfesten Oberflächenschicht, während ein weicherer, duktilerer Kern erhalten bleibt. Diese Kombination ist ideal für viele mechanische Anwendungen, bei denen die Teile hohen Belastungen und Abnutzungen standhalten müssen.Kontrolle und Optimierung:
-
Das Kohlenstoffpotenzial in der Ofenatmosphäre während der Aufkohlung muss sorgfältig kontrolliert werden. Falsche Werte können zu Problemen wie Restaustenit, Korngrenzenoxidation und Oberflächenrissbildung führen. Diese Probleme können die mechanischen Eigenschaften des behandelten Stahls beeinträchtigen.Umwelttechnische und betriebliche Erwägungen:
Moderne Verfahren wie die Vakuumaufkohlung (Niederdruck) bieten Vorteile wie eine geringere Umweltbelastung (keine CO2-Emissionen) und eine bessere Kontrolle über den Aufkohlungsprozess. Bei dieser Methode wird Acetylen als Aufkohlungsgas in einem Vakuumofen verwendet, was zu einer gleichmäßigeren Kohlenstoffverteilung und besseren mechanischen Eigenschaften führen kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Aufkohlen ein kritischer Prozess ist, der den Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht von kohlenstoffarmen Stählen strategisch erhöht, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern und sie für anspruchsvolle Anwendungen geeignet zu machen. Durch die präzise Steuerung der Prozessparameter wird sichergestellt, dass die gewünschten Eigenschaften erreicht werden, ohne die Integrität des Stahls zu beeinträchtigen.
