Herkunft und charakteristische Zusammensetzung

Allgemein

Das Härten ist ein Prozess der Metallbearbeitung und fällt in den Bereich der Wärmebehandlung. Unter dem Begriff Wärmebehandlung sind im Allgemeinen Verfahren zur Behandlung von Werkstücken zusammengefasst, bei denen ein Werkstück Änderungen der Temperatur oder des Temperaturablaufes unterworfen wird, um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu erzielen, z. B. geforderte Härte, Zähigkeit oder Zugfestigkeit. Unterschieden wird zwischen der thermischen, der chemisch-thermischen und der mechanisch-thermischen Wärmebehandlung. Grundsätzlich basiert die Verfahrenswirkung entweder auf einer durchgehenden Gefügeumwandlung (thermisch) oder Veränderungen in der Randschicht eines Werkstückes (chemisch-thermisch). Bei mechanisch-thermischen Verfahren werden Werkstücke unter Einwirkung von hoher oder niedriger Temperatur und anschließender plastischer Verformung in ihren Gebrauchseigenschaften verändert. Im Hinblick auf härtespezifische Prozesse stehen die thermischen und chemisch-thermischen Methoden im Vordergrund.

Anwendung findet das Härten vorwiegend bei Werkstücken aus Eisen, aber auch aus NE-Metallen wie Kupfer, Aluminium, Titan oder Edelmetallen. Der Härteprozess für Eisen und Stahl kann vereinfacht wie folgt dargestellt werden:

• Vorbehandlung (Entfernung anhaftender Öle, Fette und Verunreinigungen)

• Vergüten
  • Erwärmen auf Temperaturen zwischen 760 und 1300 °C (Austenitisieren)
  • Abschrecken (Martensitbildung)
  • Anlassen (optional, erneute Erwärmung auf Temperaturen zwischen 150 und 650 °C)

• Reinigung / Spülen (Entfernung anhaftender Abschreckmedien, z. B. Salze oder Öle)

Sowohl das Erwärmen als auch das Abschrecken kann je nach Verfahren in einer Salzschmelze erfolgen. Die eingesetzten Salze sind Gefahrstoffe und je nach Zusammensetzung häufig akut toxisch und gewässergefährdend. Die Härtereisalze können dabei auch cyanidhaltig sein. Das Salzbadhärten hat einige technologische Vorteile, die durch andere Verfahren nicht ersetzt werden können. Dennoch sollte der Einsatz chloridischer und cyanidischer Salze aus ökologischer Sicht weitestgehend vermieden werden.

Der Abschreckvorgang erfolgt je nach metallurgischen und technologischen Anforderungen, z. B. Materialstärke der Werkstücke oder gewünschte Tiefe der harten Schicht, in verschiedenen Abschreckmedien:

• Wasser, i. d. R. mit anorganischen, organischen oder auch polymeren Zusätzen
• Öl, i. d. R. auf Mineralölbasis
• Salzschmelze, dabei ist ein hohes Temperaturniveau möglich und auch ein guter und weicher Wärmeübergang
• Gasatmosphäre

Zur Sicherung einer optimalen Materialqualität müssen die Werkstücke vor und nach der Wärmebehandlung gereinigt werden. Vor dem Aufheizen des Werkstücks müssen anhaftende Öle, Fette und Verunreinigungen entfernt werden und nach der Wärmebehandlung sind abschließend anhaftende Abschreckmedien wie Salze und Öle zu entfernen. Somit werden Härtesalze auch in den abschließenden Reinigungsprozess eingetragen.

Als Alternative zum Härten des Werkstücks durch Gefügeumwandlung können harte Schichten durch chemische Veränderung der Oberflächenschicht erzielt werden. Zu den sogenannten chemisch-thermischen Härteverfahren zählen beispielsweise das Aufkohlen, Nitrieren und Borieren. Aufgabe der eingesetzten festen, flüssigen oder gasförmigen Härtemittel ist die Wärmeübertragung sowie die Bereitstellung von Reaktionsstoffen zur chemischen Veränderung der Randschicht.

Feste Härtemittel sind z. B. Pulver oder Granulate auf der Basis von Holzkohle und Alkalicarbonaten oder Erdalkalicarbonaten. Flüssige Mittel sind gemischte Salzschmelzen, z. B. aus Alkalinitriten, -nitraten, -cyanaten, -cyaniden und -carbonaten sowie aus Alkali- und Erdalkalichloriden. Um die Metalloberfläche im Ofen vor unerwünschten Oberflächenreaktionen zu schützen, werden Schutzgase, z. B. Stickstoff, Argon, Exogas oder auch Vakuum eingesetzt. Mit Reaktionsgasen wie Ammoniak, Methan oder Endogas werden gezielte Veränderungen an der Metalloberfläche erreicht.

110301* cyanidhaltige Abfälle

Cyanidhaltige Härtereialtsalze
In Salzbädern werden teilweise auch cyanidhaltige Härtesalze verwendet. Diese erschöpfen sich im Laufe ihres Einsatzes und fallen als verbrauchte cyanidhaltige Härtereisalze an, die zusätzlich durch Legierungsbestandteile der zu härtenden Werkstoffe verunreinigt sind. Die verunreinigten Salze sind Gefahrstoffe und können je nach genauer Zusammensetzung akut toxisch (Kategorie 1/2) und gewässergefährdend sein.

Verbrauchte Abschrecksalze
Salzschmelzen zur Warmbadabkühlung (180 - 550 °C) sind nitrit- und/oder nitrat-, teilweise aber auch cyanidhaltig und reichern sich im Laufe des Einsatzes mit Eisenverbindungen, z. B. den Fe-Cyanokomplexen, an. Bei der Behandlung von hochlegierten Stählen oder NE-Metallen können auch andere Schwermetalle enthalten sein.

Abfälle aus der Abluftbehandlung
Die bei Härteprozessen entstehenden Dämpfe reißen Salze als solche sowie die enthaltenen Schadstoffe aus den Salzbädern mit (z. B. Cyanide). Die Baddämpfe müssen daher abgesaugt und die Abluft gefiltert werden (überwiegend mit Trockenfiltern). Die im Filter anfallenden Salzstäube enthalten im Wesentlichen die gleichen Schadstoffe wie das Salzbad selbst.

110302* andere Abfälle

Cyanidfreie Härtereialtsalze
In Salzbadhärtereien werden überwiegend cyanidfreie Härtesalze eingesetzt. Diese sind jedoch weiterhin schadstoffhaltig und können, z. B. durch Bariumchlorid-Zusätze, giftig sein. Die im Laufe ihres Einsatzes erschöpften Salzbäder fallen als verbrauchte cyanidfreie Härtereialtsalze an, die zusätzlich durch Legierungsbestandteile der zu härtenden Werkstoffe verunreinigt sind.

Verbrauchte Abschrecksalze
Salzschmelzen zur Warmbadabkühlung (180 - 550 °C) sind i. d. R. nitrit- und/oder nitrathaltig und reichern sich im Laufe des Einsatzes mit Eisen- oder anderen Metallverbindungen an. Bei der Behandlung von hochlegierten Stählen oder NE-Metallen können auch weitere Schwermetalle enthalten sein.

Abfälle aus Anlassprozessen
Für den Anlassprozess werden in der Regel keine cyanidhaltigen Salze verwendet. Die Salzbäder bestehen überwiegend aus nitrit- und/oder nitrathaltigen Härtesalzen. Diese erschöpfen sich im Laufe ihres Einsatzes und fallen als verbrauchte Anlasssalze an, die vorwiegend durch Legierungsbestandteile der zu härtenden Werkstoffe verunreinigt sind.

Abfälle aus der Abluftbehandlung
Die bei Härteprozessen entstehenden Dämpfe reißen Salze als solche sowie Schadstoffe aus den Salzbädern mit (z. B. Bariumchlorid). Die Dämpfe müssen abgesaugt und über eine Filteranlage geführt werden (überwiegend mit Trockenfiltern). In seltenen Fällen, wenn z. B. Abluft aus anderen Prozessen mit abgesaugt wird, werden auch Abluftwäscher zur Abluftreinigung eingesetzt. Diese können ggf. auch organische Verunreinigungen enthalten, z. B. Öle aus Abschreck- oder Anlassprozessen (Trockenfilter sind hierfür ungeeignet).