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Einsatzhärten

Hierunter versteht man das Aufkohlen, Härten und Anlassen eines Werkstückes aus Stahl. Ziel des Einsatzhärtens ist ein weicher und zäher Kern bei gleichzeitig harter Oberfläche des Werkstoffes. Die Randschicht des Werkstückes wird in einem geeigneten Aufkohlungsmedium mit Kohlenstoff angereichert. Durch die Diffusion des Kohlenstoffes von der angereicherten Randschicht in den Kern stellt sich ein Kohlenstoffprofil ein, das typisch einen mit zunehmendem Randabstand zum Kern hin abnehmenden Verlauf des Kohlenstoffgehaltes aufweist. Im Anschluss an die Aufkohlung wird das Härten und Anlassen durchgeführt. Hierdurch wird die Randhärte und Einsatzhärtungstiefe eingestellt. Bei der Aufkohlung erfolgt im austenitischen Zustand des Stahls, d. h. bei Temperaturen von mehr als 950 °C angewendet, wird vom Hochtemperaturaufkohlen gesprochen. Die zur Zeit technisch realisierte maximale Temperatur für einen Aufkohlungsprozess mit anschliessender Direkthärtung liegt bei 1050 °C. Bei der Aufkohlung wird Kohlenstoff aus einem Kohlenstoff abgebenden Medium über die Werkstoffoberfläche in das Bauteil übertragen. Die Diffusion des Kohlenstoffs erfolgt von der angereicherten Oberfläche in Richtung Kern. Der Kern behält bei der Aufkohlung i. d. R. seinen Basiskohlenstoffgehalt, der dem Kohlenstoffgehalt der eingesetzten Legierung entspricht . Bei der Aufkohlung wird ein Randkohlenstoffverlauf eingestellt, der die charakteristischen Merkmale Randkohlenstoffgehalt und Aufkohlungstiefe aufweist. Typische Randkohlenstoffgehalte sind von 0,5 – 0,85 Masse- % Kohlenstoffgehalt. Je nach Einsatzgebiet der Bauteile werden jedoch auch geringere oder höhere Randstoffgehalte angestrebt. Gängige Aufkohlungstiefen liegen zwischen 0,1 und 4,0 mm. Typische Verfahren hierbei, die zur Aufkohlung angewendet werden, sind Aufkohlen in Salzschmelzen, Aufkohlung in Kohlungspulver/-granulat,  Aufkohlung in Gasatmosphären und Aufkohlung im Unterdruck mit oder ohne Plasmaunterstützung. Anwendungsbezogen kann es hier erforderlich sein, nur Teilbereiche eines Werkstückes aufzukohlen (partielles Aufkohlen). Beim  Salzbadaufkohlen wird es dadurch erreicht, dass man nur die aufzukohlenden Werkstückbereiche in das Salzbad eintaucht. Dabei ist aber zu beachten, dass dieses keine exakte konturentreue Diffusion/Härtung ergeben kann, weil die Diffusion im Randbereich des nicht eingetauchten Werkstückes  gering fortschreitet. Beim Gasaufkohlen und Unterdruckaufkohlen, im Moment sind dieses die gebräuchlichsten Verfahren, ist durch Aufbringen von Härteschutzpasten eine randscharfe Isolierung möglich. Das Eindiffundieren von Kohlenstoff wird verhindert, so dass nach dem Härten in den isolierten Bereichen noch mechanisch bearbeitet, kalt umgeformt oder geschweißt werden kann. Auch in Gewindebereichen ist oft eine Aufkohlung unerwünscht, weil sie zu einer Versprödung der Gewindespitzen führen würde.
Ein verwandtes Verfahren ist das Carbonitrieren,  bei dem neben Kohlenstoff auch Stickstoff in die Randschicht eingebracht wird.
Im Anschluss an die Aufkohlung erfolgt die Härtung des Bauteils. Entsprechend dem Kohlenstoffverlauf in der Randschicht ergibt sich beim Abschrecken ein Härtetiefenverlauf mit den charakteristischen Merkmalen Randhärte und Einsatzhärtungstiefe. Die Randhärte eines einsatzgehärteten Stahls wird maßgeblich vom Randkohlenstoffgehalt bestimmt. Die bei der Aufkohlung eingestellte Aufkohlungstiefe, die Härtbarkeit des verwendeten Stahls und die Abschreckintensität des verwendeten Abschreckmediums beeinflussen die Einsatzhärtungstiefe. Im Anschluss an das Härten der Bauteile wird möglichst zeitnah angelassen, um dem zunächst extrem harten Martensit der aufgekohlten Randschicht wieder mehr Duktilität zu geben.
Typische Medien bzw. Verfahren, die zum Härten angewendet werden, sind  Abschrecken in flüssigen Abschreckmedien wie  Wasser,  Härteöl, Polymer, Salzschmelze, Metallschmelze  und Abschrecken in gasförmigen Abschreckmedien wie  Stickstoff,  Helium,  Gasdüsenfeld, Hochdruckgasabschreckung.
Das Härten und Anlassen verleiht dem Bauteil eine hohe Oberflächenhärte und Festigkeit. Der Kern hingegen bleibt in einem zäh vergüteten Zustand. Das Einsatzhärten ist das bevorzugte Verfahren für Antriebsteile und Zahnräder.

Einzelteil

Ein Einzelteil  ist ein technisch beschriebener, nach einem bestimmten Arbeitsablauf zu fertigender bzw. gefertigter, nicht zerlegbarer Gegenstand.