Härten von Metallen

Beim Härten werden Werkstoffe thermisch oder thermochemisch behandelt. Je nach Verfahren erfolgt die Wärmebehandlung z. B. in Salzschmelzbädern und in Öfen mit Schutz- und Reaktionsgasen. Anschließend werden die Werkstoffe an der Luft, in Wasserbädern, Ölbädern oder Salzwasserbädern abgekühlt (Abschreckung). Weitere Verfahren sind z. B. das Vergüten oder die Wärmebehandlung in Salpeterbädern.

Gefahren beim Härten von Metallen

Beim Betrieb von Salzhärte- und ähnlichen Anlagen können Gefahren auftreten durch:

gefährliche Stoffe
hohe Temperaturen der Salzschmelze
chemische und physikalische Reaktionen, z. B. Baderuptionen
Unverträglichkeit mancher Härtesalze untereinander, mit Wasser und Säuren.

Gefährliche Arbeitsstoffe sind z. B. Cyanide. Sie sind äußerst giftig. Kommen Cyansalze und deren Lösungen mit Säuren in Berührung, entwickelt sich hochgiftiger Cyanwasserstoff (Blausäure). Cyanidhaltige Bäder dürfen daher nicht mit Säure versetzt werden.

Bariumsalze kommen in den meisten Härtesalzen mit Schmelzpunkten über 430 °C vor, Bariumcarbonat ist in Aufkohlungspulvern enthalten. Anlasssalze mit besonders niedrigem Schmelzpunkt enthalten das giftige Natriumnitrit.

Salpeterhaltige Salzgemische dienen der Wärmebehandlung von Stahl und Nichteisenmetallen, z. B. zum Anlassen, Warmbadhärten, Weichglühen von Messing, Lösungsglühen von Leichtmetallen. Sie bilden mit brennbaren Stoffen wie Öl, Ölkohle, Holz, Papier, Magnesium, Kunststoffen, Cyaniden und Eisenschwamm leichtentzündliche bzw. explosionsfähige Gemische. Salpetersalzmischungen enthalten häufig Natriumnitrit. Salpeterbäder müssen mit Einrichtungen zur Temperaturbegrenzung ausgestattet sein, die getrennt von den Temperaturreglern wirken. Eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung muss bei Überschreiten einer Temperatur von 560 °C die Heizung abschalten und ein Warnsignal auslösen.

Ätznatron ist in Glühsalzen enthalten. Es besitzt den niedrigen Schmelzpunkt von 230 °C. Gefahren können beim Ansetzen der Bäder entstehen, weil verdampfendes Wasser Ätznatronpartikel hochreißen kann. Daher ist eine gute Absaugung erforderlich. Schon geringe Mengen von Natronlauge können tödlich wirken, wenn sie in den Magen gelangen.

Isolierpasten zum Schutz gegen Aufkohlungspulver oder -gase können Blei und Kupfer enthalten. Die vom Hersteller genannten Sicherheitsmaßnahmen müssen unbedingt beachtet werden.

Nitrose Gase können bei der Warmbadhärtung und Abwasserbehandlung entstehen und zu tödlichen oder chronischen Vergiftungen führen. Auch das Austragen von Nitriden in andere Bereiche durch behandelte Werkstücke ist zu vermeiden.

In Wasserabschreckbädern reichern sich Härte- und Glühsalze an. Sie sind je nach Gefährlichkeit der Zubereitung zu kennzeichnen.

Ölabschreckbäder können sich entzünden. Daher müssen Löscheinrichtungen griffbereit sein. Durch die heißen Werkstoffoberflächen kann eine Zersetzung der Härteöle eintreten; dabei entsteht u. a. Benzol. Daher müssen diese Bäder mit einer wirksamen Absaugung versehen sein.

Beim Aufschmelzen des erstarrten Salzbads besteht die Gefahr von Eruptionen, wenn der untere Badinhalt aufschmilzt und durch den Druckanstieg die obere Salzkruste aufbricht. Maßnahmen gegen Eruptionen, die schon vor dem Erstarren getroffen werden können, sind z. B.:

die Reduzierung des Tiegelinhalts unter die Beheizungsgrenze
bei von außen beheizten Öfen die Einbringung eines Keils oder Kegels aus Stahl, wobei die Spitze in der Mitte des Behälterbodens aufsetzen und das breite Ende ca. 100 mm aus dem Badspiegel herausragen sollte; die Konizität des Keils oder Kegels sollte mindestens 1 : 10 betragen
die Einsetzung einer kurzen Hilfselektrode, die das Bad beim Anfahren zuerst oben aufheizt, so dass die Gase entweichen können.

Beim Betrieb von Salzschmelzen können manche Salze untereinander und mit Wasser und Säuren gefährliche Reaktionen auslösen. Gesundheitsschädliche Dämpfe und Rauche müssen sicher abgeleitet und der Entsorgungsanlage zugeführt werden.

Härtesalze, die aus den Bädern spritzen, verursachen schwere Brandwunden. Die Öfen müssen daher mit Deckeln oder verschließbaren Hauben versehen sein. Schiebedeckel sollten in Führungen mit Anschlägen laufen, so dass der Deckel nicht unbeabsichtigt entfernt werden kann.

Schutzmaßnahmen beim Härten von Metallen

Weitere Schutzmaßnahmen sind:

Werkstücke, Chargierwerkzeuge, Schöpfkellen und Hilfsmittel sollten nur in Salzschmelzen eingebracht werden, wenn sie weit über 100 °C erwärmt worden sind, z. B. in Vorwärmkammern
Chargierwerkzeuge dürfen nicht aus Hohlmaterial gefertigt sein
beim Betrieb verschiedenartiger Bäder sind die Werkzeuge zu kennzeichnen (z. B. mit Farbringen), so dass sie deutlich unterschieden werden können
geschlossene Hohlkörper dürfen nicht in die Bäder eingebracht werden
Rohre und andere offene Hohlkörper müssen außen und innen trocken und sauber sein. Sie sind langsam und senkrecht einzutauchen, damit die Luft entweichen kann.
Arbeitsräume und Arbeitsbereiche dürfen nicht allseits unter Erdgleiche liegen. Sie müssen eine Mindestgrundfläche von 20 m² haben und mindestens 3 m hoch sein.

An im Boden eingelassenen zylindrischen Härte- und anderen Wärmebehandlungsöfen, deren Oberkante mit dem Hallenflur abschließt, besteht Absturzgefahr. Die Anlage muss daher so gebaut sein und betrieben werden, dass ein Aufenthalt nahe der offenen Ofenmündung nicht erforderlich ist; d. h. die Bedienungselemente und Messgeräte müssen entsprechend angeordnet sein. Zu den übrigen Arbeits- und Verkehrsbereichen müssen Absperrungen vorhanden sein. Absturzsicherungen sind z. B. Geländer von 1 m Höhe. Im Bereich der Ofenmündungen dürfen keine Stolperstellen sein.

Zur hinweisenden Sicherheitstechnik gehört die Kennzeichnung der Gefäße für gefährliche Arbeitsstoffe und Zubereitungen. Eine zusätzliche Unterscheidung der Härtesalze durch Form oder Farbe der Transport- und Lagergefäße ist zu empfehlen.

In Arbeitsräumen und Arbeitsbereichen herrscht Rauchverbot. Außerdem darf hier weder gegessen noch getrunken werden. Hierauf ist deutlich hinzuweisen. Unbefugten ist der Zutritt zu verbieten. Zu dem Verbotszeichen (Abbildung) "Mit Wasser löschen verboten" müssen ggf. noch Hinweiszeichen mit besonderen Löschmaßnahmen angebracht werden. Die Betriebsanleitung des Herstellers und die Betriebsanweisung des Betreibers müssen für jedermann zugänglich ausgehängt werden.

Schutzausrüstung beim Härten von Metallen

Zu den erforderlichen Persönlichen Schutzausrüstungen gehören: Kopfschutz, Gesichtsschutz, Schutzhandschuhe mit Stulpen, Schutzkleidung (chemikalienbeständig, mit Schürze), Schutzstiefel mit rutschfester Sohle, Atemschutz: Filter B, Kennfarbe Grau.

Arbeiten der Wärmebehandlung dürfen nur Personen ausführen, die das 18. Lebensjahr vollendet haben und mit den Einrichtungen und Verfahren vertraut sind. Voraussetzung ist eine detaillierte Unterweisung.

In Öfen mit Schutz- und Reaktionsgasen werden die Werkstoffe bei der Wärmebehandlung chemisch nicht verändert; es tritt z. B. keine Oxidation der Oberfläche ein. Bewirkt wird z. B. eine Aufkohlung der Randschicht des Werkstücks. Schutzgase können Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthalten, Reaktionsgase außerdem Ammoniak und Kohlenwasserstoffe. Es handelt sich also zum Teil um giftige, reizende und/oder explosionsfähige Arbeitsstoffe.

Im Allgemeinen werden diese Anlagen bei Temperaturen über 750 °C gefahren. Kritische Betriebszustände bestehen beim An- und Abfahren derartiger Öfen und bei Betriebstemperaturen unter 750 °C, weil die Zündtemperatur der Gas/Luft-Gemische unterschritten wird und es zur Ansammlung von explosionsfähigen Gemischen kommen kann. Die Bedienungsanleitung des Herstellers und eine kurz gefasste Betriebsanweisung sollen am Ofen angebracht sein.

Für das sichere Bereitstellen und Benutzen der Arbeitsmittel beim Härten von Metallen sind die notwendigen Maßnahmen in einer Gefährdungsbeurteilung zu ermitteln.

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