Das Laserhärten ist ein Verfahren, mit dem gezielt die Verbesserung des Verschleißverhaltens von Bauteilen erreicht werden soll.

Beim Laserhärten, auch Randschichthärten genannt, erfolgt der Energieeintrag des Laserstrahls direkt auf die Oberfläche des Bauteils. Die Randschicht wird in sehr kurzer Zeit, lokal begrenzt, auf Härtetemperatur (>1000°C) erwärmt.

Ein Vorteil der Verwendung des Lasers ist, dass der Wärmemengeneintrag vergleichsweise gering und somit die Wärmeableitung in das Grundmaterial des Werkstücks relativ schnell erfolgen kann. Es kommt zu einer Selbstabschreckung in Verbindung mit der Bildung eines martensitischen Gefüges und dem „Einfrieren" des Härtegefüges.

Bedingt durch die hohe Aufheitzgeschwindigkeit beim Laserhärten entsteht ein sehr zähes, feinkörniges Gefüge. Durch die Selbstabschreckung ist die Gefahr von Rissbildung sehr gering. Durch die sehr präzise eingebracht Energie, unterliegt das Bauteil einer vergleichsweise geringen Wärmebeeinflussung. Folglich ist der minimale Härteverzug ein großer Vorteil.

Vergleich der Härteverfahren

Induktivhärten Laserhärten Konventionelles Härten
Bauteilerwärmung 850 - 930 °C Wärmespur: 900 - 1400 °C 850 - 930 °C
Abschreckung Öl, Wasser, Luft Selbstabschreckung durch
das Bauteil
Öl, Wasser, Luft
Anlassen / Vergütung 150 - 200 °C kein Anlassen notwendig 300 - 700 °C

Fertigteil

partiell gehärtet (Oberfläche)
Einhärtetiefe bis 3 mm

partiell gehärtet (Oberfläche)
Einhärtetiefe bis 1,0 - 1,5 mm
komplett gehärtet / vergütet

Nacharbeit

gering

kaum bis keine maßliche Nacharbeit

Zeit

Stunden

Minuten / Stunden Tage / Wochen

Bauteilverzug

gering

kaum bis kein kein

Zunderbildung

gering

keine -

Komplexe Bauteile

Ja. Mit hohen Einrichtkosten
und Werkzeugkosten
Ja -

Härtbare Werkstoffe

Grundsätzlich sind alle Stähle mit einem ausreichendem Kohlenstoffgehalt (> 0,1 %) härtbar, die eine g/a-Umwandlung durchlaufen. Die erzielbare Härte wird durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt.

Wichtige mit dem Laser härtbare Stähle sind den folgenden Gruppen zuzuordnen:

    • unlegierte Baustähle
    • Vergütungsstähle
    • Werkzeugstähle, Kaltarbeits- und Warmarbeitsstähle
    • Einsatzstähle mit entsprechender Aufkohlung
    • Korrosionsbeständige Chromstähle mit ca. 0,2% Kohlenstoff

Die umwandlungsfreien Stähle, wie z.B. die nichtmagnetischen Cr/Ni-Stähle oder die ferritischen Stähle mit hohem Cr-Gehalt, sind weder mit dem Laserstrahl noch mit anderen Verfahren härtbar.

Gusseisen und schwarzer Temperguß sind ebenfalls härtbar. Es gelten die gleichen Bedingungen wie für die Stähle. Zu beachten ist allerdings, dass der Kohlenstoff des Graphits nicht an der Härtung beteiligt ist. Maßgebend ist der im Grundgefüge vorliegende Kohlenstoffanteil. Die Graphitform beeinträchtigt die Härtbarkeit nicht. Es sind die Gusseisenarten mit Lamellengraphit, mit Kugelgraphit oder Temperkohle und mit Vermiculargraphit härtbar.

Reines Eisen kann nicht durch eine Phasenumwandlung gehärtet werden. Das dazu erforderliche Element ist Kohlenstoff.

Zusammengefasst die Vorteile des Laserhärtens

    • Präziser Energieeintrag mit minimaler Wärmebeeinflussung
    • die Möglichkeit des Härtens im fertigen, bearbeiteten Zustand
    • die Erzeugung gezielt eingegrenzter und exakt begrenzter Härtebereiche
    • die Möglichkeit des Härtens auch an schwer zugänglichen Konturen
    • Verzugsarm und daher geringe bis keine Nacharbeit notwendig
    • Wenig Härtespannung
    • Geringe Rissgefahr
    • Medien zur Abschreckung nicht notwendig

Auch in diesem Bereich verfügen wir über langjähriges Know-How und Technologie. Für das Laserhärten von Innenflächen z.B. werden durch unseren Geschäftsbereich Lasersystemtechnik spezielle Optiken hergestellt und bei uns verwendet.

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