Bezeichnung Einsatzstahl
Die DIN 10027 fasst die Einsatzstähle und die Vergütungsstähle in einer eigenen Gruppe von Stählen zusammen. Diese beiden besonderen Stahlarten bilden zusammen also eine eigene Stahlsorte. Nitrierstähle kann man theoretisch ebenfalls in diese Gruppe mit hinzufügen, die DIN tut das allerdings nicht in ihrer Klassifizierung, sondern behandelt die Nitrierstähle als eine Art von mikrolegierten Stählen.
Herkunft der Bezeichnung
Die Bezeichnung Einsatzstahl leitet sich vom sogenannten Einsatzhärten ab, für das diese Stähle zumeist verwendet werden. Dieses Einsatzhärten verschafft den Stählen eine besonders harte und widerstandsfähige Oberfläche.
Generelle Eigenschaften von Einsatzstählen
Besonders typisch für Einsatzstähle sind Kohlenstoffgehalte zwischen 0,1 – 0,2 %. Einsatzstähle sind dabei entweder unlegierte oder nur niedriglegierte Stähle. Sie werden speziell für ein späteres Einsatzhärten hergestellt, und bringen die dafür notwendigen Eigenschaften mit.
Einsatzhärten
Das Einsatzhärten soll Werkstücken eine sehr harte (martensitische) Oberfläche verschaffen, der Kern des Werkstücks soll sich dabei aber so zäh bleiben wie vorher. Aus diesem Grund werden vor allem unlegierte Stähle oder nur sehr niedrig legierte Stähle dafür verwendet, da man diese Stähle nicht durchhärten kann.
Anwendung des Einsatzhärtens
Eine wichtige Anwendung findet das Einsatzhärten beispielsweise bei der Herstellung von Bauteilen wie Zahnrädern oder Antriebsteilen, wo es vor allem auf eine verschleißfeste Oberfläche, eine hohe Belastbarkeit und eine höhere Dauerfestigkeit und Zähigkeit im Kern ankommt.
Härtungsprozess
Da der Kohlenstoffgehalt im Einsatzstahl so gering ist, dass er für eine Martenisierung der Oberfläche nicht ausreicht, müssen speziell die Randschichten zunächst „aufgekohlt“ werden. Danach folgt das eigentlich Härten, zum Abschluss des Vorgangs erfolgt das „Anlassen“ des Stahls.
Aufkohlen
Das Aufkohlen soll die Randschicht des Werkstücks mit Kohlenstoff anreichern, so dass beim nachfolgenden Härten eine Martenisierung speziell der Randschicht stattfinden kann. Aufgekohlt wird dabei in einer Tiefe zwischen 0,1 bis 4 mm, je nach Werkstück und jeweiligen Anforderungen an die Randschicht.
Das Aufkohlen erfolgt in einem Temperaturbereich zwischen 880 °C und 950 °C, je nach Stahlsorte. Auch höhere Temperaturen sind möglich, bis zu 1.050 °C werden derzeit angewendet. Das Aufkohlungsmittel kann dabei unterschiedlich sein:
- Salzschmelze
- Kohlungspulver oder Kohlungsgranulat in einer sogenannten Kohlenschachtel (wird auch von kleinen Schmieden gelegentlich noch in Handarbeit gemacht)
- Gasatmosphären (Aufkohlen mit Gas)
- Vakuumaufkohlen, gelegentlich mit Unterstützung von Plasma (ist aber nicht zwingend notwendig)
Härten und Anlassen
Nach dem Aufkohlen erfolgt das Härten in einem flüssigen oder gasförmigen Abschreckungsmittel. Die Temperatur des Abschreckungsmittels, das Material und die Art des Anlassens bestimmen deutlich das Endergebnis.
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