Wie unterscheiden sich die Härte-Technologien Einsatzhärten und Induktionshärten?

Wenn es um das Härten von Werkstücken geht, haben sich in der Serienfertigung von Bauteilen vor allem zwei Methoden etabliert: das Einsatzhärten und das Induktionshärten. Ein Vergleich der beiden Methoden zum Härten von Bauteilen zeigt die Unterschiede und ihre jeweiligen Vorteile.

Einsatzhärten vs. Induktionshärten – ein Vergleich der beiden Härtemethoden

Vergleicht man die beiden Methoden zum Härten (hier wird das Härten im Allgemeinen erklärt: Härten) von Werkstücken aus Stahl, fällt zunächst das unterschiedliche Teilehandling ins Auge. Während beim Einsatzhärten eine große Anzahl von Werkstücken gleichzeitig gehärtet wird, ist beim Induktionshärten das Einzelteil im Fokus. Beim Induktionshärten erfolgt das Härten also Werkstück für Werkstück, während man beim Einsatzhärten eher vom Härten von Charge für Charge sprechen kann.
Dies hat natürlich auch Einfluss auf die Fertigung. Während man beim Einsatzhärten auf eine Teilelogistik angewiesen ist, da die Teile zwischen Fertigungslinie und dem Härte-Ofen transportiert werden müssen, kann beim Induktionshärten das Härten mit der geeigneten Härtemaschine (z.B. MIND- Baureihe) direkt in der Fertigungslinie und im Takt erfolgen.

Das Einsatzhärten im Detail

Das Einsatzhärten erfolgt in ganzen Chargen. Ziel, wie auch beim Induktionshärten, ist das Randschichthärten der Werkstücke.

Beim Einsatzhärten erfolgt das Härten durch das sogenannte „Aufkohlen“ der Werkstücke. Hierfür wird der Stahl auf über 880°C erhitzt, um den austenitischen Zustand zu erreichen. Nun wird Kohlenstoff aus einem CO abgebenden Medium über die Werkstoffoberfläche in das Teil übertragen. Durch die Diffusion erhält der Rand des Bauteils mehr Kohlenstoff, während es zum Zentrum hin praktisch die gleiche Kohlenstoffdichte beibehält.

Nach dem Einbringen des Kohlenstoffs erfolgt das Härten. Hier ist das Eindringen des Kohlenstoffs maßgeblich für den Härtegrad und dem Härtetiefenverlauf im Werkstück. Das Härten, also der Härtegrad und die Härtetiefe, wird durch die Aufkohlungstiefe, die Aufnahmefähigkeit und damit die Härtbarkeit des Stahls sowie durch das Abschrecken definiert. Dabei gilt, je mehr Kohlenstoff in einem Teil des Werkstücks, desto erfolgreicher ist das Härten in diesem Bereich.

Nach dem Härten erfolgt das Anlassen, um dem Werkstück wieder einen Teil seiner plastischen Verformbarkeit zurückzugeben. Ziel eines jeden Härtevorgangs ist es ja, den Rand gegen mechanische Beeinflussung widerstandsfähig zu machen, dem Bauteil aber genügend Elastizität zu geben, um Krafteinflüsse ableiten zu können, ohne beschädigt zu werden.
Um die Härtetiefe beeinflussen zu können, bestehen beim Härten durch das Einsatzhärten im Prinzip zwei Möglichkeiten: zum einen die Beeinflussung der Erwärmung des Werkstücks, zum Beispiel durch das Auftragen von speziellen Pasten, die das Erwärmen an bestimmten Stellen verhindern, und zum anderen die Beeinflussung des Abschreckens, in dem z.B. nur bestimmte Teile des Werkstücks in ein Abschreckbad getaucht werden. Beide Methoden können allerdings keine genauen Ergebnisse liefern und ihre Reproduzierbarkeit fordert große Toleranzen ein.
Ganz anders sieht dies beim Induktionshärten aus.

Induktionshärten im Detail

Beim Induktionshärten wird jedes Bauteil separat gehärtet, d.h. jedes Bauteil wird separat erwärmt, abgeschreckt und – wenn notwendig – angelassen (mehr zum Induktionshärten).
Der große Vorteil beim Härten durch Induktion ist, neben der Integrierbarkeit in eine Fertigungslinie, die präzise Steuerung und Reproduzierbarkeit der Härteergebnisse.

Hierfür wird der gesamte Härteprozess – vom Induktor über die eingebrachte Energie und Frequenz bis hin zum Abschreck- und Anlassvorgang – speziell auf das jeweilige Bauteil angepasst. Selbst bei Werkstücken mit komplexen Geometrien sind so sehr gute Ergebnisse beim Härten möglich.

Für welches Verfahren für das Härten man sich am Ende entscheidet, hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Beide Verfahren, das Einsatzhärten wie das Induktionshärten, haben Vor- und Nachteile.

Betrachtet man die Serienfertigung von Bauteilen in der mittleren- bis Großserie, bietet das Induktionshärten allerdings einige Vorteile:

1. Das Induktionshärten lässt sich mit der geeigneten Härtemaschine voll in die Linienfertigung und Linientakt einfügen und voll automatisieren
2. Die Härteergebnisse sind beim Induktionshärten reproduzierbar, was zu einer gleichbleibend hohen Qualität der Fertigung beiträgt.
3. Die Stückkosten sinken dadurch deutlich