Kann man rostfreie Stähle härten?
In der Literatur wird beschrieben, dass austenitische Stähle nicht härtbar sind. Es können nur Diffusionsverfahren eingesetzt werden, z.B. nitrieren, um die Öberfläche verschleißfest zu machen. Alle bisher praktizierten Verfahren schränken aber die Korrosionsbestsändigkeit deutlich ein. Somit werden die positiven Werkstoffeigenschaften der austenitischen Werkstoffe zum Nachteil verändert.
Das RaDurplus Verfahren
Mit diesem Verfahren kann man „rostfreie“ austenitische Stähle härten. Diese Oberflächenbehandlung ist keine „martensitische“ Härtung, wie wir sie von un- und niedriglegierten Stählen kennen, sie hat aber einen ähnlichen Effekt: Durch Anreicherung der Randzone mit Kohlenstoff wird eine 20 bis 35 μm dicke Schicht hoher Härte (HV um 1000) gebildet. Der Verschleiß wird erheblich vermindert, die Fressneigung beseitigt. Vor allem aber: die Korrosionseigenschaften bleiben voll erhalten, werden in manchen Fällen sogar verbessert.
Die so erzielte Eigenschaftskombination ist für viele Branchen wichtig, vor allem in der Lebensmittelverarbeitung, der Verfahrenstechnik, im chemischen Apparatebau, in der Medizintechnik, der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie (ein Gutachten über die Unbedenklichkeit der RaDurplus Behandlung im Lebensmittelbereich liegt vor).
Details:
1. Korrosionseigenschaften
Die vorzüglichen Korrosionseigenschaften austenitischer Stähle werden durch die RaDurplus Behandlung nicht beeinträchtigt. Die Beständigkeit gegenüber Lochfraß- und Spannungsrisskorrosion, vor allem in chloridhaltigen Medien, werden durch die Behandlung merklich verbessert.
2. Verschleisseigenschaften
Die Praxiserfahrungen, wonach sich die RaDurplus Behandlung günstig auf die Verschleißeigenschaften austenitischer Stähle auswirkt, werden bei Labormessungen (Modell-Verschleiß) bestätigt. Das bezieht sich vor allem auf adhäsiven Verschleiß (Metall-Metall- Kontakt, im Modell Stift-Scheibe-Versuch). Die Reibungskräfte werden stark vermindert, Fressen tritt nicht mehr auf. Das gilt sowohl, wenn zwei RaDurplus behandelte Proben gegeneinander reiben als auch, wenn eine solche Probe gegen einen anderen Stahlkörper reibt.
In der Praxis werden Steigerungen der Lebensdauer um einen Faktor > 10 beobachtet.
Besonders deutlich wird die Verschleißminderung bei Überlagerung mit einer Korrosionsbeanspruchung. Unbehandelte austenitische Stähle sind bekanntlich empfindlich gegen Halogenionen.
3. Schichtmerkmale
Je nach Werkstoff und Anwendungsfall kann eine Härteschicht zwischen 20 und 35 μm erzeugt werden (als Schichtdicke wird der Randabstand definiert, bei dem die Härte 100 HV über der Kernhärte liegt). Die erreichbare Oberflächenhärte beträgt 700-1100 HV 0,02 in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff. Da es sich um eine Diffusionsschicht handelt kann die Schicht nicht abblättern oder abplatzen.
Die Schicht ist sehr gleichmäßig und konturentreu, Kanteneffekte wie Aufwölbungen und dergl. werden nicht beobachtet. Auch bei ungünstigen Geometrien wirkt die Härtung recht gut. Beispielsweise wird in Durchgangsbohrungen mit einem Durchmesser bis zu 3 mm die volle Schichtdicke erreicht, bei Sacklöchern des gleichen Durchmessers beträgt die Schichtdicke in 10 mm Tiefe noch ca. 70% des Wertes an der Oberfläche. Hier sei noch erwähnt, dass eine optische Beeinträchtigung der Oberfläche auftritt. Nach der RaDurplus-Behandlung hat die Oberfläche einen leichten Gelbschimmer. Diese Oberflächenveränderung hat aber keinen negativen Einfluss auf die Korrosionseigenschaften.
4. Werkstoffe
Prinzipiell sind alle austenitischen Stähle und Duplexstähle für die Behandlung geeignet (s. aber Einschränkungen in Abschn. 7). Besonders gute Erfolge werden mit den molybdäniegierten Stählen wie z.B. 1.4401, 1.4404, 1.4429 und 1.4439 erzielt.
5. Maßänderungen, Oberflächenaussehen
Durch die Behandlung treten keine Maßänderungen auf. Die Ausgangsrauheit bleibt erhalten, d. h. es tritt keine Aufrauung ein, aber auch keine Einebnung. Das Oberflächenaussehen bleibt weitgehend gleich, allenfalls ist eine leichte Dunkelfärbung zu beobachten.
6. Mechanische Eigenschaften des Grundwerkstoffes
Naturgemäß ist nur bei denjenigen mechanischen Eigenschaften ein Einfluss der RaDurplus Behandlung zu erwarten, bei denen die Randzone eine erhebliche Rolle spielt. Dementsprechend werden Eigenschaften wie Zug- und Druckfestigkeit, Streckgrenze, Elastizitätsgrenze, Kerbschlagbiegezähigkeit usw. nur beeinflusst, wenn es um dünnwandige Teile geht, bei denen das Verhältnis Schichtdicke zu Restquerschnitt hoch ist. Bei solchen Teilen werden die Festigkeitseigenschaften, und zwar sowohl die Zugfestigkeit als auch die Bruchdehnung - abhängig vom genannten Verhältnis - erwartungsgemäß verbessert.
7. Anwendungsgrenzen
RaDurplus behandelte Bauteile dürfen nicht, auch nicht kurzfristig, bei Temperaturen über 400°C eingesetzt werden. Voraussetzung für eine erfolgreiche Behandlung nach diesem Verfahren ist außerdem, dass der zu behandelnde Stahl möglichts wenig δ-Ferrit enthält..
8. Anwendungen
Das RaDurplus Verfahren ist überall dort mit Vorteil anwendbar, wo austenitische Stähle wegen ihrer Korrosionseigenschaften benötigt werden, wo ihre Verschleißeigenschaften aber nicht ausreichen.
Vielfach greift man in solchen Fällen zu Ersatzlösungen, z. B. Panzerungen oder Einsatz von NE-Metallen. Häufig wird auch eine kurze Lebensdauer des Bauteils in Kauf genommen und von der Konstruktion für eine einfache Auswechselbarkeit des Teiles gesorgt.
In solchen Fällen bietet das RaDurplus Verfahren vielfach technisch bessere und wirtschaftlichere Lösungen.
Wegen der geringen Fressneigung der RaDurplus behandelten Bauteile ist es häufig möglich, aufwendige Dichtungs- und Schmiersysteme zu vermeiden.
Was können wir für Sie tun?
Wir beraten Sie bei der Werkstoffauswahl und ggf. bei der Konstruktion, wir führen Probebehandlungen von Einzelstücken oder Kleinserien durch und diskutieren mit Ihnen die Ergebnisse. Wir sprechen mit Ihnen über unsere Behandlungsmöglichkeiten (Kapazitäten, Ofengrößen) und über die Kosten.
Wir freuen uns auf Ihre Anfragen und Aufträge!
