iNDUKTIONSHÄRTEN – VERFAHREN, GESCHICHTE UND VORTEILE
Induktionshärten ist eine Art der Wärmebehandlung, bei der Metallteile durch elektromagnetische Induktion erhitzt und anschließend abgeschreckt werden. Es ist auch eine Form des Einsatzhärtens und kann bei vielen Stählen und Stahllegierungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie Oberflächenhärte, Dauerfestigkeit und Widerstandsfähigkeit eingesetzt werden.
Typische Anwendungen des Induktionshärtens sind das Härten von Stahl und Gusseisen. Insbesondere Teile wie Antriebswellen, Motorkomponenten und Zahnräder werden diesem Verfahren unterzogen. Es können ausschließlich Werkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 % behandelt werden.
INDUKTIONSHÄRTEVERFAHREN
Das Induktionshärten kann in zwei Schritte unterteilt werden. Der erste ist die Induktionserwärmung, bei der elektrisch leitende Metalle mit einem Elektromagneten erhitzt werden. Unmittelbar danach folgt die Abschreckphase, um die Oberflächenstruktur des Werkstoffs zu modifizieren.
INDUKTIONSERWÄRMUNG
Materialien wie Stahlteile werden in der Regel in eine wassergekühlte Kupferspule gelegt, in der sie einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt sind. Sie werden mithilfe eines Elektromagneten und eines elektronischen Oszillators elektromagnetisch induziert. Dieser Oszillator sendet Wechselströme durch den Elektromagneten, wodurch magnetische Wechselfelder entstehen, die das Material durchdringen. Das Ergebnis sind Wirbelströme (Stromschleifen), die den Gegenstand innerhalb der Spule über die Umwandlungstemperatur hinaus erwärmen. Das Induktionshärten ist eine Form der Oberflächenhärtung, bei der die Tiefe bis zu 8 mm betragen kann. Je tiefer die Ströme eindringen, desto höher muss die Frequenz der magnetischen Wechselfelder sein.
Stähle, die eine ferromagnetische Struktur haben (die vom Eisen vererbt wird), können auch durch magnetische Hystereseverluste erwärmt werden. Magnetische Hystereseverluste erzeugen Wärme durch die Neuausrichtung magnetischer Domänen, wobei es von der Frequenz der Ströme, der Eindringtiefe und den Eigenschaften des Materials (Größe, Dichte, Legierungen) abhängt, wie viel Wärme erzeugt werden kann (Ph = (kh)(f)(Bmax)n).
Abschrecken
Unmittelbar nach der induktiven Erwärmung muss das Objekt abgeschreckt, d. h. extrem schnell abgekühlt, werden. Dazu legt man das Werkstück in der Regel in einen Tank mit Öl oder Wasser, manchmal wird auch kalte Luft verwendet. Durch das Abschrecken wird sichergestellt, dass nur die Oberfläche gehärtet wird und sich die Wärme nicht in den Kern des Materials ausbreitet, wodurch die Entstehung einer Phasenumwandlung verhindert wird. Außerdem entsteht durch die schnelle Abkühlung ein martensitisches oder ferritisch-martensitisches Gefüge auf der Oberflächenschicht. Diese Gefüge weisen eine höhere Zugfestigkeit und eine geringere Anfangsstreckspannung auf als ein rein ferritisches Gefüge. Durch das Abschrecken wird auch die Korngröße verringert, was ein Schlüsselfaktor für die Erhöhung der Härte von Werkstoffen ist.
GESCHICHTE
Die Induktionserwärmung wurde erstmals 1831 von Michael Faraday entwickelt und in ihrer frühesten Form eingeführt. Er konnte nachweisen, dass eine elektromotorische Kraft erzeugt werden kann, indem zwei Kupferspulen um einen Magnetkern gewickelt werden und eine der Wicklungen ein- und ausgeschaltet wird, wodurch die andere beeinflusst wird. Diese Ströme wurden durch magnetische Wechselfelder um den Magnetkern erzeugt. Da sich die beiden Spulen nicht berühren, wird die elektromotorische Kraft in die zweite Spule induziert, was als Induktionserwärmung bezeichnet wurde.
Was sind die VORTEILE DES INDUKTIONSHÄRTENS?
- Größere Einsatztiefe: Das Induktionshärten kann bis zu 8 mm (0,31 Zoll) in die Oberfläche eindringen. Dieser Wert hängt vom Verfahren der Induktionshärtung und von den Eigenschaften des Werkstoffs ab.
- Feinere Korngröße: Wie bereits erwähnt, verändert das Induktionshärten die Korngröße an der Oberfläche von Werkstoffen. Eine feinere Körnung erhöht die Härte, da die Oberfläche schwerer zu durchdringen ist.
- Höhere Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit: Das Induktionshärten verbessert die Verschleißfestigkeit, da die Struktur der Oberflächenschicht verändert wird. Ferritische Stähle erhalten ein martensitisches Gefüge, das eine bessere Verschleißfestigkeit bietet.
- Partielles Härten: Mit dem Verfahren ist die Härtung nur in bestimmten Bereichen eines Werkstücks möglich. So können auch nur bestimmte Bereiche von geometrisch kompliziert geformte Werkstücke behandelt werden.
Was sind Alternativen zum Induktionshärten?
Das Induktionshärten ist eine Alternative zum Borieren, einer Art der Oberflächenhärtung, auf die sich BorTec spezialisiert hat. Das Induktionshärten wird empfohlen, wenn die mechanischen Eigenschaften, wie z.B. die Härte, verbessert werden sollen. Dazu dient auch unser Borinox®-Verfahren zur Härtung von Edelstahl.
Wenn Sie eine Behandlung suchen, die auch die Haftung, die Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß, eine gute Stabilität bei hohen Temperaturen und die Beständigkeit gegen Säuren verbessert, ist die zertifizierte BoroCoat®-Behandlung die bessere Wahl. Es hängt jedoch vom Anwendungsbereich und anderen Faktoren ab, welche Härtungstechnik für Ihre Bedürfnisse besser geeignet ist. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie Hilfe bei der Entscheidungsfindung benötigen.
