Durch eine Wärmebehandlung können die Eigenschaften sowie die metallographische Struktur eines Stahls in weiten Grenzen eingestellt werden. Je nach Anwendungsfall, verwendetem Stahl und Einsatzgebiet des betrachteten Bauteils bieten sich bestimmte Verfahren der Wärmebehandlung bevorzugt an. In erster Linie zielt die Behandlung darauf ab die Härte des Bauteils zu erhöhen. Bei Verfahren wie dem Härten kann eine durchgehende Erhöhung der Härte erreicht werden, während bei Verfahren wie dem Nitrieren nur die Randschicht (Oberfläche) beeinflusst wird.

Härten

Beim Härten von Stahl wird eine gezielte Änderung und Umwandlung des Metallgefüges vorgenommen, um die mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. Beim Härten wird das Werkstück zunächst auf Härtetemperatur erwärmt und diese Temperatur für eine bestimmte Dauer gehalten. Danach erfolgt das Abschrecken des Werkstücks bei geringerer Temperatur. Der Stahl kühlt innerhalb kürzester Zeit ab und es entsteht ein feinkörniges Gefüge. Das Abschrecken kann in Wasser erfolgen - wobei auch Säure oder Salze hinzugesetzt werden können - oder in Öl.

Vergüten

Das Vergüten stellt eine Wärmebehandlung von Stahl dar, die aus Härten (bei >800-900°C) und anschließendem Anlassen besteht. Das Anlassen findet auf Temperaturen zwischen 500 und 700°C statt und reduziert die Sprödigkeit. Es entsteht ein feinkörniges Metallgefüge mit hoher Festigkeit. Das Verfahren wird häufig bei Bauteilen angewendet, die neben hoher Festigkeit auch eine hohe Zähigkeit aufweisen müssen.

Oberflächenhärten / Randschichthärten

Beim der Oberflächenhärtung, auch Randschichthärtung, wird nur die äußere Schicht des Werkstücks gehärtet. Nach DIN 10052 gelten die Verfahren Flammhärten, Induktionshärten, Laserstrahl- und Elektronenstrahlhärten als Oberflächenhärtung. Es tritt hier eine Gefügeumwandlung zum Austenit in der Randschicht auf.
Im Gegensatz hierzu tritt beim Nitrieren – ein Verfahren bei dem ebenfalls nur die Randschicht beeinflusst wird - keine Gefügeumwandlung auf.

Einsatzhärten

Die Wärmebehandlung Einsatzhärten besteht aus den drei Prozessschritten Aufkohlen, Härten und Anlassen. Stähle mit einem geringen Kohlenstoffgehalt unter 0,2% eignen sich nicht für eine Härtung. Diese müssen durch Aufkohlen (Einsetzen) in der Randschicht mit Kohlenstoff angereichert werden. Hierzu werden die behandelten Teile durch freigesetzten atomaren Kohlenstoff in einer Gasatmosphäre bei ca. 950°C aufgekohlt und durch Abschrecken gehärtet. Danach erfolgt das Anlassen bei ca. 150-180°C.

Nitrieren

Das Nitrieren stellt ein weiteres Oberflächenhärten dar. Bei Temperaturen bis ca. 500°C wird die Oberfläche mit Stickstoff angereichert. Es bilden sich dabei Fe-N-Verbindungen – sogenannte Nitride – an der Werkstoffoberfläche, welche extrem hart sind.
Das Nitrieren hat als Oberflächenverfahren den Vorteil, dass es einen geringen Verzug beim Bauteil hervorruft, kein Abschrecken erforderlich ist und auch einen gewissen Korrosionsschutz darstellt.
Allgemein haben die Oberflächenhärte-Verfahren den Nachteil, dass sie nur eine relativ dünne harte Schicht erzeugen, das Bauteil jedoch nicht komplett durchhärten. Beim Einwirken z.B. einer punktuellen Belastung wird diese harte Randschicht leicht durchdrungen.

Eintragung von Härtewerten in die technische Zeichnung

Die Härtewerte, die bei einem Bauteil durch eine Wärmebehandlung erreicht werden sollen, müssen in der entsprechenden technischen Zeichnung eingetragen werden. Für die Art der Eintragung gibt es verschiedenen Regeln sowie ferner definierte Härteprüfverfahren. Mehr hierzu im Skript über Härteangaben.