Einführung in gängige Wärmebehandlungsverfahren für Rollenketten

Einführung in gängige Wärmebehandlungsverfahren für Rollenketten
Bei der Herstellung von Rollenketten ist die Wärmebehandlung ein entscheidender Schritt zur Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit. Durch Wärmebehandlung lassen sich Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit von Rollenketten deutlich steigern, wodurch ihre Lebensdauer verlängert und die Einsatzanforderungen unter verschiedenen komplexen Betriebsbedingungen erfüllt werden. Im Folgenden werden einige gängige Wärmebehandlungsverfahren für Rollenketten detailliert beschrieben:

I. Härte- und Anlassprozess
(I) Abschrecken
Härten ist ein Verfahren, bei dem die Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur (üblicherweise über Ac3 oder Ac1) erhitzt, für eine gewisse Zeit warmgehalten und anschließend schnell abgekühlt wird. Ziel ist es, der Rollenkette eine harte und hochfeste martensitische Struktur zu verleihen. Gängige Härtemedien sind Wasser, Öl und Salzwasser. Wasser kühlt schnell ab und eignet sich für Rollenketten mit einfachen Formen und kleinen Abmessungen; Öl kühlt langsamer ab und eignet sich für Rollenketten mit komplexen Formen und großen Abmessungen.
(II) Härten
Anlassen ist ein Verfahren, bei dem die abgeschreckte Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur (üblicherweise unterhalb Ac1) erwärmt, warmgehalten und anschließend abgekühlt wird. Ziel ist es, die beim Abschrecken entstandenen inneren Spannungen abzubauen, die Härte anzupassen und die Zähigkeit zu verbessern. Je nach Anlasstemperatur unterscheidet man zwischen Niedertemperaturanlassen (150–250 °C), Mitteltemperaturanlassen (350–500 °C) und Hochtemperaturanlassen (500–650 °C). Durch Niedertemperaturanlassen erhält man ein angelassenes Martensitgefüge mit hoher Härte und guter Zähigkeit; durch Mitteltemperaturanlassen ein angelassenes Troostitgefüge mit hoher Streckgrenze sowie guter Plastizität und Zähigkeit; durch Hochtemperaturanlassen ein angelassenes Troostitgefüge mit guten mechanischen Eigenschaften.

2. Aufkohlungsprozess
Beim Aufkohlen dringen Kohlenstoffatome in die Oberfläche der Rollenkette ein und bilden eine hochkohlenstoffhaltige Aufkohlungsschicht. Dadurch werden Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit verbessert, während der Kern die Zähigkeit von kohlenstoffarmem Stahl beibehält. Zu den Aufkohlungsverfahren zählen Festkörper-, Gas- und Flüssigaufkohlung. Die Gasaufkohlung ist das am weitesten verbreitete Verfahren. Dabei wird die Rollenkette in eine Aufkohlungsatmosphäre eingebracht, in die Kohlenstoffatome bei einer bestimmten Temperatur und Dauer eindringen. Nach der Aufkohlung sind in der Regel Abschrecken und Anlassen bei niedriger Temperatur erforderlich, um die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit weiter zu verbessern.

3. Nitrierprozess
Beim Nitrieren werden Stickstoffatome in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Nitride zu bilden. Dadurch werden Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit verbessert. Zu den Nitrierverfahren zählen Gasnitrieren, Ionennitrieren und Flüssignitrieren. Beim Gasnitrieren wird die Rollenkette in eine stickstoffhaltige Atmosphäre gebracht, und bei einer bestimmten Temperatur und Dauer dringen die Stickstoffatome in die Oberfläche ein. Die nitrierte Rollenkette weist eine hohe Oberflächenhärte, gute Verschleißfestigkeit und geringe Verformung auf und eignet sich daher für Rollenketten mit komplexen Formen.

4. Carbonitrierungsprozess
Beim Carbonitrieren werden Kohlenstoff und Stickstoff gleichzeitig in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Carbonitride zu bilden. Dadurch werden Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigcarbonitrieren. Beim Gascarbonitrieren wird die Rollenkette in eine kohlenstoff- und stickstoffhaltige Atmosphäre gebracht, sodass Kohlenstoff und Stickstoff bei einer bestimmten Temperatur und Dauer gleichzeitig in die Oberfläche eindringen können. Die carbonitrierte Rollenkette weist eine hohe Oberflächenhärte, gute Verschleißfestigkeit und gute Bissfestigkeit auf.

5. Glühprozess
Glühen ist ein Verfahren, bei dem die Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur (üblicherweise 30–50 °C über Ac3) erhitzt, für eine gewisse Zeit warmgehalten, im Ofen langsam auf unter 500 °C abgekühlt und anschließend an der Luft abgekühlt wird. Ziel ist es, die Härte zu reduzieren, die Plastizität und Zähigkeit zu verbessern sowie die Weiterverarbeitung und nachfolgende Wärmebehandlung zu erleichtern. Die geglühte Rollenkette weist eine gleichmäßige Struktur und eine moderate Härte auf, was die Schneidleistung verbessert.

6. Normalisierungsprozess
Normalisieren ist ein Verfahren, bei dem die Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur (üblicherweise über Ac3 oder Acm) erhitzt, warmgehalten, aus dem Ofen genommen und an der Luft abgekühlt wird. Ziel ist es, das Gefüge zu verfeinern, eine gleichmäßige Struktur zu erzielen, Härte und Festigkeit zu verbessern sowie die Schneidleistung zu optimieren. Die normalisierte Rollenkette weist eine gleichmäßige Struktur und eine moderate Härte auf und kann sowohl als abschließende als auch als vorbereitende Wärmebehandlung eingesetzt werden.

7. Alterungsbehandlungsprozess
Die Alterungsbehandlung ist ein Verfahren, bei dem die Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, für eine bestimmte Zeit warmgehalten und anschließend abgekühlt wird. Ziel ist es, Eigenspannungen abzubauen, die Abmessungen zu stabilisieren und Festigkeit und Härte zu verbessern. Man unterscheidet zwischen natürlicher und künstlicher Alterung. Bei der natürlichen Alterung wird die Rollenkette über einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur oder unter natürlichen Bedingungen gelagert, um die Eigenspannungen allmählich abzubauen. Bei der künstlichen Alterung wird die Rollenkette auf eine höhere Temperatur erhitzt und die Alterungsbehandlung in kürzerer Zeit durchgeführt.

8. Oberflächenabschreckprozess
Oberflächenhärten ist ein Verfahren, bei dem die Oberfläche einer Rollenkette auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend schnell abgekühlt wird. Ziel ist es, die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit zu verbessern, während die Zähigkeit des Kettenkerns erhalten bleibt. Zu den Oberflächenhärteverfahren zählen das induktive, das flammenbasierte und das kontaktbasierte Oberflächenhärten. Beim induktiven Oberflächenhärten wird die Oberfläche der Rollenkette durch die Wärme des induzierten Stroms erhitzt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch schnelles Aufheizen, gute Härtequalität und geringe Verformung aus.

9. Oberflächenverfestigungsverfahren
Die Oberflächenverfestigung dient dazu, durch physikalische oder chemische Verfahren eine Verstärkungsschicht mit speziellen Eigenschaften auf der Oberfläche der Rollenkette zu erzeugen. Dadurch werden Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit verbessert. Gängige Verfahren sind Kugelstrahlen, Walzen und Metallinfiltration. Beim Kugelstrahlen wird die Oberfläche der Rollenkette mit Hochgeschwindigkeitskugeln beschossen, wodurch Druckeigenspannungen entstehen und die Dauerfestigkeit erhöht wird. Beim Walzen wird die Oberfläche der Rollenkette mit Walzwerkzeugen bearbeitet, wodurch eine plastische Verformung entsteht, die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit verbessert.

10. Borierungsprozess
Beim Borieren werden Boratome in die Oberfläche der Wälzkette eingebracht, um Boride zu bilden. Dadurch werden Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit verbessert. Zu den Borierverfahren gehören das Gas- und das Flüssigborieren. Beim Gasborieren wird die Wälzkette in eine borhaltige Atmosphäre gebracht, und bei einer bestimmten Temperatur und Dauer können Boratome in die Oberfläche eindringen. Die geborte Wälzkette weist eine hohe Oberflächenhärte, gute Verschleißfestigkeit und gute Bissfestigkeit auf.

11. Verbundwerkstoff-Sekundärhärtungs-Wärmebehandlungsverfahren
Die kombinierte Sekundärhärtungswärmebehandlung ist ein fortschrittliches Wärmebehandlungsverfahren, das die Leistung von Rollenketten durch zwei Härte- und Anlassprozesse deutlich verbessert. Dieses Verfahren umfasst üblicherweise die folgenden Schritte:
(I) Erstes Abschrecken
Die Rollenkette wird auf eine höhere Temperatur (üblicherweise höher als die übliche Abschrecktemperatur) erhitzt, um ihr inneres Gefüge vollständig auszutenitisieren, und anschließend rasch abgekühlt, um ein martensitisches Gefüge zu bilden. Ziel dieses Schrittes ist die Verbesserung der Härte und Festigkeit der Rollenkette.
(II) Erstes Anlassen
Die Rollenkette wird nach dem ersten Abschrecken auf eine mittlere Temperatur (üblicherweise zwischen 300 °C und 500 °C) erwärmt, für eine bestimmte Zeit warmgehalten und anschließend abgekühlt. Dieser Schritt dient dazu, die beim Abschrecken entstandenen inneren Spannungen abzubauen und gleichzeitig die Härte anzupassen und die Zähigkeit zu verbessern.
(III) Zweite Abschreckung
Die Rollenkette wird nach dem ersten Anlassen erneut auf eine höhere, jedoch etwas niedrigere Temperatur als die erste Abschrecktemperatur erhitzt und anschließend rasch abgekühlt. Dieser Schritt dient der weiteren Verfeinerung des martensitischen Gefüges und der Verbesserung der Härte und Verschleißfestigkeit der Rollenkette.
(IV) Zweites Temperieren
Die nach dem zweiten Abschrecken hergestellte Rollenkette wird auf eine niedrigere Temperatur (üblicherweise zwischen 150 °C und 250 °C) erwärmt, für eine bestimmte Zeit warmgehalten und anschließend abgekühlt. Dieser Schritt dient dem weiteren Abbau von inneren Spannungen, der Stabilisierung der Abmessungen und der Erhaltung hoher Härte und Verschleißfestigkeit.

12. Flüssigaufkohlungsverfahren
Die Flüssigaufkohlung ist ein spezielles Aufkohlungsverfahren, bei dem Kohlenstoffatome durch Eintauchen der Rollenkette in ein flüssiges Aufkohlungsmedium in die Oberfläche eindringen. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Aufkohlungsgeschwindigkeit, eine gleichmäßige Aufkohlungsschicht und gute Steuerbarkeit aus. Es eignet sich für Rollenketten mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit. Nach der Flüssigaufkohlung sind in der Regel Abschrecken und Anlassen bei niedriger Temperatur erforderlich, um die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit weiter zu verbessern.

13. Härteprozess
Unter Härten versteht man die Verbesserung der Härte und Verschleißfestigkeit durch Optimierung der inneren Struktur der Rollenkette. Die einzelnen Schritte sind wie folgt:
(I) Heizung
Die Rollenkette wird auf die Härtetemperatur erhitzt, um Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff in der Kette aufzulösen und zu verteilen.
(ii) Isolierung
Nach Erreichen der Aushärtungstemperatur muss eine gewisse Isolierzeit eingehalten werden, damit sich die Elemente gleichmäßig verteilen und eine feste Lösung bilden können.
(iii) Kühlung
Kühlen Sie die Kette schnell ab, die feste Lösung bildet eine feinkörnige Struktur, was die Härte und Verschleißfestigkeit verbessert.

14. Metallinfiltrationsprozess
Beim Metallinfiltrationsverfahren werden Metallelemente in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Metallverbindungen zu bilden. Dadurch werden Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit verbessert. Gängige Metallinfiltrationsverfahren sind die Chromierung und die Vanadiuminfiltration. Bei der Chromierung wird die Rollenkette in eine chromhaltige Atmosphäre eingebracht. Bei einer bestimmten Temperatur und Dauer dringen Chromatome in die Oberfläche ein und bilden Chromverbindungen, wodurch Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit erhöht werden.

15. Aluminierungsprozess
Bei der Aluminierung werden Aluminiumatome in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Aluminiumverbindungen zu bilden. Dadurch wird die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigaluminierung. Bei der Gasaluminierung wird die Rollenkette in eine aluminiumhaltige Atmosphäre eingebracht, wobei die Aluminiumatome bei einer bestimmten Temperatur und Zeitdauer in die Oberfläche eindringen. Die so behandelte Oberfläche der Rollenkette weist eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf und eignet sich für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen und korrosiven Bedingungen.

16. Kupferinfiltrationsprozess
Beim Kupferinfiltrationsverfahren werden Kupferatome in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Kupferverbindungen zu bilden. Dadurch werden die Verschleißfestigkeit und die Beißfestigkeit verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigkupferinfiltration. Bei der Gasinfiltration wird die Rollenkette in eine kupferhaltige Atmosphäre eingebracht, wobei bei einer bestimmten Temperatur und Dauer Kupferatome in die Oberfläche eindringen. Die Oberfläche der Rollenkette nach der Kupferinfiltration weist eine hohe Verschleißfestigkeit und Beißfestigkeit auf und eignet sich für den Einsatz unter hohen Drehzahlen und Belastungen.

17. Titaninfiltrationsprozess
Beim Titaninfiltrationsverfahren werden Titanatome in die Oberfläche der Rollenkette eingebracht, um Titanverbindungen zu bilden. Dadurch werden Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigtitaninfiltration. Bei der Gastitaninfiltration wird die Rollenkette in eine titanhaltige Atmosphäre eingebracht, und bei einer bestimmten Temperatur und Dauer infiltrieren die Titanatome die Oberfläche. Die Oberfläche der Rollenkette weist nach der Titaninfiltration eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und eignet sich für Einsatzbedingungen mit hohen Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit.

18. Kobaltierungsprozess
Beim Kobaltierungsverfahren werden Kobaltatome in die Oberfläche der Wälzkette eingebracht, um Kobaltverbindungen zu bilden. Dadurch werden Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigkobaltierung. Bei der Gaskobaltierung wird die Wälzkette in eine kobalthaltige Atmosphäre eingebracht, wobei die Kobaltatome bei einer bestimmten Temperatur und Dauer in die Oberfläche eindringen. Die kobaltierte Wälzkettenoberfläche weist eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und eignet sich für Einsatzbedingungen mit hohen Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit.

19. Zirkonisierungsprozess
Bei der Zirkonierung werden Zirkoniumatome in die Oberfläche der Wälzkette eingebracht, um Zirkoniumverbindungen zu bilden. Dadurch werden Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssigzirkonierung. Bei der Gaszirkonierung wird die Wälzkette in eine zirkonhaltige Atmosphäre eingebracht, wobei bei einer bestimmten Temperatur und Dauer Zirkoniumatome in die Oberfläche eindringen. Die zirkonisierte Wälzkettenoberfläche weist eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und eignet sich für Einsatzbedingungen mit hohen Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit.

20. Molybdän-Infiltrationsprozess
Beim Molybdäninfiltrationsverfahren werden Molybdänatome in die Oberfläche der Wälzkette eingebracht, um Molybdänverbindungen zu bilden. Dadurch werden Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche verbessert. Man unterscheidet zwischen Gas- und Flüssiginfiltration. Bei der Gasinfiltration wird die Wälzkette in eine molybdänhaltige Atmosphäre eingebracht, und bei einer bestimmten Temperatur und Dauer können die Molybdänatome in die Oberfläche eindringen. Die Oberfläche der Wälzkette weist nach der Molybdäninfiltration eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und eignet sich für Einsatzbedingungen, die hohe Härte und Verschleißfestigkeit erfordern.