Hightech by Gerster: HARD-INOX : Für höhere Ansprüche an Verschleiss- und Korrosionsbeständigkeit.

Transkript

1 Hightech by Gerster: HARD-INOX : Für höhere Ansprüche an Verschleiss- und Korrosionsbeständigkeit. 1

2 Hightech by Gerster: Das HARD-INOX -Programm. Das HARD-INOX -Programm wurde durch die Härterei Gerster AG entwickelt, um mittels modernster Wärmebehandlungsverfahren dem Stahl eine höchstmögliche Eigenschaftskombination hinsichtlich Härte und Korrosionsbeständigkeit zu geben. Innerhalb des Programms werden zwei Kernziele verfolgt: Der Unterschied von HARD-INOX -P zu HARD-INOX -S. HARD-INOX -P (macht harten Stahl rostfrei) ist ein Wärmebehandlungsverfahren unter Stickstoffpartialdruck im Vakuumofen, bei hohen Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200 C. Das Verfahren ermöglicht eine Stickstoffaufnahme von 0,25 bis 0,5 Gewichtsprozenten. Die Aufsticktiefe lässt sich über die Kontrolle der Prozessparameter im Bereich zwischen 0,2 bis 0,5 Millimeter variieren. Das Resultat ist eine Härtesteigerung um 4 bis 10, in Extremfällen um bis zu 30 HRC. HARD-INOX -S (macht rostfreien Stahl hart) ist ein Nitrierverfahren bei vergleichsweise tiefen Temperaturen im Bereich von 400 C. Das Verfahren ermöglicht eine Stickstoffaufnahme von bis zu 10 Gewichtsprozenten und ermöglicht somit die Ausbildung ultra-harter Randschichten. Es wird eine Aufsticktiefe von 10 bis 30 Mikrometer erreicht. Durch die Vermeidung von chromreichen Ausscheidungen bleibt die Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffs erhalten. Ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens ist der äusserst geringe Härteverzug. 2

3 HARD-INOX -P: Die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von martensitisch-härtbaren Chromstählen auf das Niveau der austenitischen Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel- Molybdän-Stähle. HARD-INOX -S: Die Erzeugung ultraharter und korrosionsbeständiger Randschichten gegen Gleitund Fressverschleiss in austenitischen Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel- Molybdän-Stählen. 3

4 Hightech by Gerster: Die Einsatzgebiete von HARD-INOX -P und HARD-INOX -S. Beim Entscheid, welches der beiden Verfahren angewendet werden soll, sind drei Hauptkriterien ausschlaggebend: die Tolerierbarkeit eines magnetischen Produkts, die Beanspruchung des Endprodukts sowie der Anspruch an die Mass- und Formtreue des zu härtenden Bauteils. Das HARD-INOX -P-Verfahren kommt bevorzugt zur Anwendung wenn ein magnetischer Werkstoff toleriert werden kann, wenn das Endprodukt abrasiven und/oder grossen Beanspruchungen ausgesetzt ist (zum Beispiel Schlägen) und wenn die Verzugstoleranz hoch ist, sprich: wenn das Werkstück nach dem Härten nachbehandelt werden kann. Die Einsatzgebiete der beiden HARD- INOX -Verfahren sind also klar abgesteckt. Zumindest in der Theorie. In der Praxis präsentieren sich die Ansprüche meist etwas komplizierter. Beispielsweise dann, wenn das zu härtende Werkstück aus welchen Gründen auch immer nicht nachbearbeitet werden kann, bei seinem Einsatz aber harten Schlägen ausgesetzt sein wird und/oder nicht magnetisch sein muss. Das HARD-INOX -S-Verfahren kommt bevorzugt zur Anwendung wenn Bauteile nicht magnetisch sein müssen, wenn das Endprodukt adhäsiven Beanspruchungen ausgesetzt ist (die Bauteile bei reinem Gleitverschleiss neigen dazu «anzufressen»), wenn die Verzugstoleranz klein ist, sprich: wenn das Werkstück nach dem Härten nicht oder nur in sehr beschränktem Mass nachbearbeitet werden kann. Der Verfahrensvergleich. Kriterium HARD-INOX -P HARD-INOX -S Prozesstemperatur C < 450 C Einhärtetiefe 0,1 1 mm Mikrometer Härte bis ca. 800 HV HV0,1 Verzug mässig, gross kein Eignung für austenitische, nur für die Steigerung ja, etwa für , , nicht-magnetische Stähle der Korrosionsbeständigkeit Eignung für härtbare, ja, auch für Stähle ja magnetische Stähle vom Typ ,

5 5

6 Hightech by Gerster: Das HARD-INOX -P-Verfahren. HARD-INOX -P steht für ein Wärmebehandlungsverfahren im Vakuumofen unter Stickstoffpartialdruck. Das Verfahren ermöglicht eine von der Legierungszusammensetzung des Grundwerkstoffs abhängige Stickstoffaufnahme von 0,25 bis 0,5 Gew.-% und einer steuerbaren Aufsticktiefe von rund 0,2 bis 0,5 mm. Angewendet auf martensitisch-härtbare Chromstähle (siehe Grafik) bewirkt dies eine Härtesteigerung von rund 4 bis 10 HRC und eine Erhöhung des Lochfrasswiderstandes um 4 bis 8 PREN-Einheiten (PREN: Pitting Resistance Equivalent Number). Die aussergewöhnliche Härtesteigerung von über 30 HRC der Stähle , und ist eine Konsequenz der stickstoffbedingten Transformation der Randschicht von einem nicht härtbaren, ferritischen Stahl in einen martensitisch härtbaren Stahl. Die Anwendung von HARD-INOX -P auf austenitisch rostfreie Stähle (siehe Grafik) bewirkt ebenso eine Erhöhung des Lochfrasswiderstandes um 4 bis 8 PREN- Einheiten. Die Randaufstickung erhöht hier zusätzlich das Verfestigungsvermögen bei schlagartiger Beanspruchung. Ein Vergleich der beiden Graphiken zeigt, dass die PREN-Werte der austenitischen Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel- Molybdän-Stähle auch durch eine HARD-INOX -P der martensitischen oder ferritischen Chromstählen realisiert werden können. HARD-INOX -P: Aufstickbehandlungen bei Prozesstemperaturen oberhalb 1000 C. Oberflächenhärte: bis 750HV10 Einhärtetiefe: 0,30 0,7 mm bevorzugt bei hohen und abrasiven Beanspruchungen eignet sich für Anwendungen, bei denen Ferromagnetismus und/oder wärmebehandlungsbedingter Verzug infolge möglicher Nachbearbeitung toleriert werden können Steigerung der Härte und Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen durch eine HARD-INOX -P- Behandlung. Härte, HRC P P P P P P H 15.0 H PREN = %Cr + 3,3%Mo + 16%N Standard HARD-INOX -P 6

7 Korrosionsbeständigkeit (X1 NiCrMoCu ) P P P (X1 NiCrMoCu ) P (X2 CrNiMo ) (X2 CrNiMo ) (X5 CrNi18-10) meerwasserbeständig (PREN > 32) PREN PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N Standard HARD-INOX -P 7

8 Hightech by Gerster: Das HARD-INOX -S-Verfahren. HARD-INOX -S steht für ein Nitrierverfahren bei vergleichsweise tiefen Temperaturen. Das Verfahren ermöglicht eine Stickstoffaufnahme von bis zu 10 Gew.-% und einer Aufsticktiefe von rund 10 bis 30 Mikrometern. Die Aufstickung führt im Randbereich zur Bildung der S-Phase. Sie ist durch eine Härte im Bereich zwischen 900 und 1200 HV gekennzeichnet und ist nahtlos mit dem Grundwerkstoff verbunden. Das Verfahren wird in erster Linie auf nicht martensitisch-härtbare Chromstähle, typischerweise auf austenitische Chrom-Nickel- und Chrom- Nickel-Molybdän- Stähle, zur Steigerung der Beständigkeit gegen Gleit- und Fressverschleiss angewendet. Durch die Vermeidung von chromreichen Ausscheidungen während der Niedertemperaturaufstickung und aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit der S-Phase bleibt die Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffs erhalten. HARD-INOX -S: Aufstick- und Aufkohlbehandlungen bei Prozesstemperaturen unterhalb 450 C. Oberflächenhärte: HV Einhärtetiefe: Mikrometer bevorzugt bei dominierendem Gleitund Fressverschleiss eignet sich für Anwendungen, bei denen Ferromagnetismus und/oder wärmebehandlungsbedingter Verzug nicht toleriert werden können 8

9 Korrosionsbeständige S-Phase auf einem austenitisch rostfreien Stahl (316L) mit einer Härte im Bereich zwischen 900 und 1200 HV erzeugt durch eine HARD-INOX -S-Behandlung. 9

10 Hightech by Gerster: Die Korrosionsprüfung. Die Beständigkeit gegen Korrosion kann durch wiederkehrende Eintauchversuche und Salzsprühtests oder durch die elektrochemische Messung von Strom- Potenzial-Kurven (siehe Grafik) überprüft werden. Mit dem EC-Pen (siehe Abbildung) bietet die Härterei Gerster AG neu ein Prüfverfahren an, welche die zerstörungsfreie Bestimmung elektrochemischer Kenngrössen der Korrosion ermöglicht. Die Prüfung erfolgt lokal auf einer polierten, rund 1 cm 2 grossen Bauteiloberfläche. Die wichtigsten Kenngrössen sind hierbei der Passivstrom und das Lochfrasspotenzial (siehe Grafik). Ein tiefer Passivstrom und ein hohes Lochfrasspotenzial deuten auf eine gute Beständigkeit gegen gleichmässige Korrosion und Lochfrasskorrosion hin. Strom-Potenzial-Kurve, aufgenommen mit einem EC-Pen. S trom / A Passivstrom 10µ 100n 1n Lochfrasspotenzial Potenzial / mv

11 11

12 Härterei Gerster AG Güterstrasse 3 Postfach 4622 Egerkingen Schweiz Telefon +41 (0) Fax +41 (0) gersterag@gerster.ch Qualitätsmanagementsysteme ISO 9001:2008 ISO 14001:2004 Umwelt ISO/TS 16949:2009 Automobil ISO 13485:2003 Medizin Hightech by Gerster. Randschichthärten Induktionshärten Zweifrequenzhärten Flammhärten Lasertechnologie Laserhärten Durchgreifend wirkende Verfahren Härten unter Schutzgas Vakuumhärten mit Druckgasabschreckung Anlassen Vergüten Glühen unter Schutzgas Tiefkühlen bis 180 C Ausscheidungshärten Hartlöten Unter Vakuum Unter Schutzgas Induktiv Mit Flamme Thermochemische Diffusionsverfahren Aufkohlen Einsatzhärten Carbonitrieren Gasnitrieren Gasnitrocarburieren/Nikotrieren Pronox Micropuls-Plasmanitrieren Borieren Behandlung von rostfreien Stählen HARD-INOX, SolNit Beratung, Labor und zusätzliche Dienstleistungen 100/