Aufkohlen

Aufkohlen ist ein Verfahren aus der Wärmebehandlung von Stahl.

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Das Aufkohlen oder Einsetzen soll Stähle, die wegen ihres geringen Kohlenstoff-Gehaltes nicht oder nur schlecht zu härten sind, soweit mit Kohlenstoff anreichern, dass ein Härten möglich wird. Meistens wird nur die Randschicht mit Kohlenstoff angereichert, damit sich dort mehr Martensit bildet als im Kern und eine harte Randschicht entsteht. Der Kern soll meist zäh und weich bleiben.

Aufkohlungsmittel

Es werden grundsätzlich drei verschiedene Aufkohlungsmittel unterschieden:

• Fest
  Die aufzukohlenden Teile werden in Kästen mit Kohlungspulver eingesetzt und bei Temperaturen von ca. 930 °C eine definierte Zeit gehalten.

Aufkohlen über die Gasphase gemäß Boudouard-Gleichgewicht.
(Spezielles, aber eher veraltetes Verfahren.)

• Flüssig
  Die aufzukohlenden Teile werden in cyanhaltige, flüssige Kohlungssalze eingesetzt (wird aus Umweltschutzgründen heute so gut wie nicht mehr angewendet).
• Gasförmig
  Die aufzukohlenden Teile werden in kohlenwasserstoffhaltige, gasförmige Atmosphären eingesetzt. Es wird eine Aufkohlungsatmosphäre erzeugt, welche aus einem leicht reduzierenden Trägergas und einem geregelt zugeführten Anreicherungsgas besteht. Das Trägergas besteht üblicherweise aus 20% Kohlenmonoxid, 40% Wasserstoff und 40% Stickstoff. Das Anreicherungsgas ist ein Kohlenwasserstoff, z.B. Methan oder Propan.
  (Zur Zeit die am weitesten verbreitete Methode.)
• Niederdruck
  Die aufzukohlenden Teile werden in einem Vakuumofen eingesetzt. Auf Grund des sehr hohen Kohlenstoffübergangs beim Niederdruckaufkohlen wird die Aufkohlung durch einen Wechsel aus Aufkohlungs- und Diffusionszyklen gesteuert. In den Aufkohlungsphasen werden reine Kohlenwasserstoffe wie Methan, Propan oder Azetylen als Ofen- bzw. Aufkohlungsatmosphäre bei Drücken von 2 bis 25 Millibar verwendet. Während der Diffusionsphase wird kein Kohlenstoffspender der Ofenatmosphäre zugeführt: typischerweise wird der Druck mittels Vakuumpumpen abgesenkt oder mit Inertgasen bei geringen Drücken gespült.

Aufkohlung wird überwiegend als erster Schritt beim Einsatzhärten angewendet.

Aufkohlung der Eisenschmelze

Bei der Herstellung von Gusseisen und Gusseisen mit Kugelgraphit wird in der Regel als Einsatzmaterial beim Schmelzen in Elektroöfen Stahlschrott verwendet. Der Kohlenstoffgehalt muss dann entweder durch Zugabe von Roheisen oder durch Aufkohlungsmittel korrigiert werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird die Korrektur meistens mit Aufkohlungsmitteln durchgeführt. Als Aufkohlungsmittel wird entweder Grafit oder billigerer, calcinierter Petrolkoks verwendet. Auf dem Markt befinden sich viele Sorten von Aufkohlungsmitteln. Qualität und Preis werden durch Aschengehalt (von 0.10 bis 27%), Stickstoff (0.1-9000ppm), Schwefel (0.1-2%) und Kohlenstoff (75 bis 99%) bestimmt.