Komplexe Metallurgie: Bainitisches Härten

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Das Verfahren des Bainitisierens

Zum Bainitisieren wird der Ventilkörper aus Stahl zunächst im Ofen bei Rotglut von knapp 900 °C austenitisiert und anschließend rasch auf den Bereich von 200 bis 350 °C abgekühlt. Zur vollständigen Umbildung des Gefüges zu Bainit wird die Charge anschließend über lange Zeit präzise auf diesem Niveau gehalten. Das Abschrecken von 900 °C auf die Umwandlungstemperatur von 200 bis 350 °C findet im flüssigen Salzbad statt. Bainitischer Stahl weist anschließend die optimale Gefügestruktur für solche Bauteile auf, die wegen ihrer Formgeometrie mit Nuten und scharfen Einschnitten rissgefährdet sind und die gleichzeitig sehr zäh und hart sein müssen. Die präzise einzuhaltenden Prozessgrößen beim Bilden von Bainit sind die Temperatur und die Abkühlgeschwindigkeit.

Um das Material für die Düsenkörper moderner Einspritzdüsen auf das geforderte Profil hin zu bearbeiten, hat Ipsen in Kleve ein Ofenmodell konstruiert und erprobt. In dem Modell fertigen Kunden wie Bosch heute unter anderem bis zu 100.000 Common-Rail-Diesel-Injektoren pro Tag. Die neue Kammerofenanlage für das bainitische Härten besteht aus einem Hochtemperaturofen Typ TQA-4(5) mit integriertem Salzbad und einem nachgeschalteten Niedertemperaturofen Typ DL-4-(4). Dort findet die abschließende Bainit-Umwandlung unter Luftatmosphäre nach dem eigentlichen Abschrecken im Salzbad statt. Die Heizkammer wird kontinuierlich mit Reaktionsgas (Endogas oder Stickstoff-Methanol) gespült.

Das Salzbad verfügt über ein Volumen von 4.500 Litern. Bei einer durchschnittlichen Dauer der Austenitisierung innerhalb der Heizkammer von 60 bis 90 Minuten, gegenüber der bainitischen Umwandlungsdauer von vier Stunden, ergäbe sich nur eine geringe Produktivität: Die komplette Ofenanlage wäre beständig mit knapp 900 °C Grad in Betrieb und würde dabei weit mehr als die Hälfte der Zeit auf den Prozessablauf innerhalb des Salzbades „warten“. Um hier effektiv zu arbeiten, wird die bainitische Umwandlung im Ipsen-Ofenprozess nur während der ersten Phase innerhalb des Salzbades durchgeführt. Die weitere bainitische Umwandlung findet anschließend statt, außerhalb der Salzbad-Kammer in einem direkt angeschlossenen Niedertemperatur-Umwandlungsofen. Insgesamt lassen sich so bis zu fünf Chargen gleichzeitig dem Prozess der Bainitbildung unterziehen.

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