oberflächengehärtet
Englisch: case-hardened
Von Metall: an der Oberfläche härter, aufgrund eines Oberflächenhärtungsprozesses.
Oberflächengehärtet: Stahl mit harter Schale und zähem Kern
Oberflächengehärteter Stahl hat eine dünne, extrem harte Außenschicht, die mit einem weicheren, duktileren Inneren verbunden ist. Die Oberfläche kann 58 bis 65 HRC (Rockwell-Härte) erreichen, während der Kern bei 25 bis 40 HRC bleibt. Diese Kombination bietet Verschleißfestigkeit dort, wo sie am meisten zählt, und erhält gleichzeitig die Fähigkeit des Materials, Schläge aufzunehmen, ohne zu brechen. Die unterschiedlichen Härten sind keine Oberflächenbeschichtung, sondern eine echte metallurgische Umwandlung des Stahls selbst.
Das Verfahren funktioniert durch Einführung von Kohlenstoff oder Stickstoff in die äußeren Schichten von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl (typischerweise 0,1 bis 0,3 Prozent Kohlenstoff). Häufige Methoden sind Aufkohlung (Erhitzen des Teils in einer kohlenstoffreicher Atmosphäre), Nitrieren (Aussetzung gegenüber Stickstoff bei hoher Temperatur) und Carbonitrieren (beide Elemente). Das Teil wird dann schnell abgeschreckt, um die Härte zu fixieren. Die Tiefe der gehärteten Schicht reicht von 0,5 mm bei leichter Beanspruchung bis 2,5 mm bei stark belasteten Komponenten.
Wo es wirkt und wo es versagt
Zahnräder, Lagerschalen, Nockenwellen und Verbindungselemente werden oberflächengehärtet, weil sie Härte gegen Verschleiß brauchen, aber nicht aus sprödem vollgehärtetem Stahl bestehen können, ohne unter Stoßlasten zu brechen. Eine oberflächengehärtete Zahnflanke widersteht Grübchenbildung; der weichere Kern nimmt die Biegespannung auf. Probleme entstehen, wenn die Schicht zu dünn ist (unzureichende Lebensdauer), zu tief ist (Eigenspannungen und Verformungen) oder ungleichmäßig aufgebracht wird. Entkohlung, bei der Kohlenstoff während des Erhitzens abbrennt, hinterlässt eine weiche Oberfläche und verfehlt den Zweck.
Der Begriff selbst spiegelt die industrielle Logik wider: die äußere Schale wird gehärtet, während der Kern nicht gehärtet wird. Er unterscheidet diese Arbeit vom Durchhärten, bei dem der gesamte Querschnitt hohe Härte erreicht. Oberflächenhärten ist älter als der Name; Waffenschmiede kohluerten seit Jahrhunderten Schwertschneiden auf. Die moderne Fertigung setzt darauf, überall dort wo kleine Härte und große Zähigkeit in einem Teil nebeneinander bestehen müssen.