Stahlhart durch Tiefkühlung

Westfalen AG entwickelt Verfahren zur Qualitätsverbesserung von Edelmetalle

18. Februar 2011

An Edelstähle werden in der Automobilindustrie immer höhere Anforderungen gestellt. Das sind eine lange Lebensdauer, extreme Härte sowie exakte Maß- und Formgenauigkeit auch weit unterhalb der Raumtemperatur der Werkstücke, zum Beispiel bei Minusgraden im Winter. Das herkömmliche Härten lässt hier viele Wünsche offen. Durch das abschließende Abschrecken wird der Gefügebestandteil Austenit nicht vollständig in den gewünschten härteren Martensit umgewandelt. Der verbleibende weiche Restaustenit ist unter anderem die Ursache für die Verminderung der Verschleißfestigkeit des Edelstahls. Die Westfalen AG hat für Anwender aus der Automobilzulieferer-Branche eine maßgeschneiderte Lösung entwickelt: Die schockartige Tiefkühlung des Werkstoffs mit Stickstoff nach dem eigentlichen Härten.

Durch die Behandlung des Edelstahls mit tiefkaltem flüssigem Stickstoff (minus 160 Grad Celsius) wird der Restaustenit in Martensit umgewandelt. Entweder durch Eintauchen des Werkstücks in den Stickstoff oder durch eine definierte Temperatur- und Zeitführung in einer Kältekammer. Letztere Verfahrensweise empfiehlt sich bei hohen Qualitätsansprüchen, die stets reproduzierbar erfüllt werden sollen, und bei großen zu verarbeitenden Mengen. Dabei wird der flüssige Stickstoff als Kälteträger aus einem Vorratstank über eine Vakuumleitung zur Kältekammer gefördert und per Einspritzsystem in die Kältekammer verdüst. Ein Ventilator sorgt für einen geregelten Kaltgasstrom. Die so umspülten Werkstücke können je nach Bedarf bis minus 160 Grad Celsius abgekühlt werden.

Die Tiefkühlung der Werkstücke muss allerdings unmittelbar nach dem Härten erfolgen. Der Grund: Werden die Werkstücke für einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur gelagert, kann sich der Restaustenit stabilisieren. Dadurch wird die Umwandlung des Gefüges in Martensit erschwert oder sogar ganz verhindert.

Der Restaustenit kann zwar auch durch wiederholtes Tempern (Erwärmen und Abkühlen) beseitigt werden. Allerdings sind dafür Erwärmungstemperaturen von 200, bei hoch legierten Stählen so-gar bis 500 Grad Celsius erforderlich. Die Restaustenitumwandlung durch Tiefkühlen erfordert dagegen nur einen Arbeitsgang, spart zudem Energie und ist deshalb erheblich rationeller und wirtschaftlicher. Ein weiterer Vorteil: Die leidigen Probleme beim Anlassen – Verzunderung und Anlauffarben – kommen beim Tiefkühlen nicht vor. Damit verfügen die Anwender aus der Automobilzuliefer-Branche über ein konkurrenzloses Verfahren, das die Qualität der Zulieferteile aus Edelstahl bei überschaubaren Kosten deutlich optimiert.