Niederdruckaufkohlen (LPC)
Niederdruckaufkohlen (LPC)
Das Niederdruckaufkohlen (LPC) ist auch als Vakuumaufkohlen bekannt. Ähnlich wie bei anderen Randschichthärteverfahren besteht das Ziel des Vakuumaufkohlens darin, ein Bauteil mit einem festen, zähen Kern und einer harten, verschleißfesten Oberfläche zu erzielen. LPC hat sich als eines der beliebtesten Einsatzhärteverfahren etabliert. Es wird angewendet, um die Dauerfestigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile zu steigern. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Zahnradteile, Maschinenkomponenten, Lagerbauteile sowie Einspritzsysteme für Motoren. Das Einsatzhärten besteht im Wesentlichen aus drei Schritten: Die Bauteile werden zunächst austenitisiert und anschließend aufgekohlt; sobald das erforderliche Kohlenstoffprofil erreicht ist, werden sie abgeschreckt, worauf ein Anlassschritt folgt.
Der LPC-Prozess findet in einem Temperaturbereich zwischen 870 °C und 1050 °C sowie in einem Druckbereich zwischen 5 mbar und 15 mbar statt. In den meisten Fällen liegt die Temperatur beim Vakuumaufkohlen zwischen 920 °C und 980 °C. Während des gesamten Prozesses sind die behandelten Bauteile keinerlei Spuren von Sauerstoff ausgesetzt.
Als Kohlenstoffquelle werden sauerstofffreie Kohlenwasserstoffe wie Acetylen C₂H₂ (Ethin) verwendet. Die Kohlenwasserstoffe werden in die Ofenkammer eingeleitet, wodurch ein Druck von wenigen Millibar erzeugt wird. Der Einsatz von Acetylen wird empfohlen, da es eine homogene Aufkohlung selbst bei komplexen Geometrien – wie etwa Bohrungen und sogar Sacklöchern – gewährleistet.
Sobald das angestrebte Kohlenstoffprofil erreicht ist, werden die Bauteile abgeschreckt. In den meisten Fällen kommt nach der LPC das Hochdruckgasabschrecken (HPGQ) zum Einsatz, wobei mit Drücken von bis zu 20 bar Stickstoff oder Helium gearbeitet wird.
Niederdruckaufkohlen (LPC)
Bei der Kombination von Niederdruckaufkohlen (LPC) mit Hochdruckgasabschrecken (HPGQ) bietet das Verfahren im Vergleich zum herkömmlichen Gasaufkohlen in Verbindung mit Ölabschrecken folgende Vorteile:
- Hervorragende Aufkohlungshomogenität – selbst bei Bauteilen mit komplexer Geometrie.
- Vermeidung von interkristalliner Oxidation (IGO) und Oberflächenoxidation
- Saubere Oberflächen der Teile nach der Wärmebehandlung; kein Waschen der Teile erforderlich.
- environmentally friendly process (small consumption of resources; no disposal of oil, salt bath residues or detergent residues)
- Potenzial zur Reduzierung von Verzug durch Wärmebehandlung (unerwünschte Veränderungen der Bauteilgeometrie während der Wärmebehandlung hinsichtlich Form und Größe)
Alle genormten Einsatzstähle – wie 4120, 4320, 5120, 5130, 52100, 8625, 9310, 18CrNi8, 20MnCr5, 27MnCr5, 18CrNiMo7-6 sowie 8620 (für Kleinteile) und 16MnCr5 (für Kleinteile) – können mittels LPC und HPGQ behandelt werden. Die Kernhärte nach der Behandlung hängt selbstverständlich von der Geometrie der behandelten Bauteile sowie von der Härtbarkeit der gewählten Stahlsorte ab.
Bei Bedarf können die Bauteile während des LPC-Verfahrens teilweise mechanisch gegen eine Aufkohlung abgeschirmt werden – beispielsweise dann, wenn Gewinde weich bleiben sollen. Auf diese Weise lassen sich nachfolgende, kostspielige Hartbearbeitungsschritte vermeiden.
Relevante Branchen
Automobilindustrie
Die Wärmebehandlung ist in der Automobilindustrie unverzichtbar, um die Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit kritischer Bauteile wie Zahnräder, Wellen, Lager und Verbindungselemente zu steigern.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt verbessert die Wärmebehandlung die mechanischen Eigenschaften und erfüllt dabei strenge Anforderungen an Festigkeit, Gewicht und Zuverlässigkeit.
Allgemeine Industrie
Eine Wärmebehandlung verleiht allgemeinen Industriekomponenten eine verbesserte Langlebigkeit, Verschleißfestigkeit und Materialkonsistenz.
Werkzeug- und Formenbau
Für die Werkzeug- und Formenbauindustrie ist die Wärmebehandlung entscheidend, um präzise Härte, Zähigkeit und Formbeständigkeit zu erreichen.
Medizin
In der Medizintechnik verbessert die Wärmebehandlung die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Dauerfestigkeit von Präzisionsbauteilen, die in chirurgischen Instrumenten und medizinischen Geräten zum Einsatz kommen.
Energie und Bergbau
Die Wärmebehandlung ist in den Sektoren Energie und Bergbau von entscheidender Bedeutung, um Zähigkeit, Verschleißfestigkeit sowie die Beständigkeit gegen Ermüdung und Schlagbeanspruchung zu verbessern.
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