Das Aufkohlen ist ein Verfahren, das den Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht von kohlenstoffarmen Stählen deutlich erhöht. Dieses Verfahren ist wichtig für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Stahls, wie Härte und Verschleißfestigkeit.
Wie hoch ist der Kohlenstoffgehalt beim Aufkohlen? (5 Schlüsselpunkte erklärt)
1. Ursprüngliche Stahlzusammensetzung
Die üblicherweise für das Aufkohlen verwendeten Stähle wie 12L14, 1018 und 8620 haben einen niedrigen Anfangs-Kohlenstoffgehalt von 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.
2. 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 sie mit Kohlenstoff anreichern. 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.
3. 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.
4. 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 verschlechtern.
5. Umwelttechnische und betriebliche Erwägungen
Moderne Verfahren wie die Vakuumaufkohlung (Niederdruck) bieten Vorteile wie geringere Umweltbelastung (keine CO2-Emissionen) und 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.
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