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Nitrieren

Beim Nitrieren wird die Randschicht eines Werkstoffs mit Stickstoff angereichert. Wird zusätzlich Kohlenstoff eindiffundiert, spricht man vom Nitrocarburieren.

Die Prozesstemperaturen beim Nitrieren liegen zwischen 480 und 580°C.

Diese Behandlung bewirkt, je nach Werkstoff, eine Oberflächenhärte von bis zu 1200 HV.

Beim Nitrieren unterscheidet man je nach Diffusionsmedium unterschiedliche Verfahren:

  1. Diffusion von Stickstoff
    Gasnitrieren
    Plasmanitrieren
  2. Diffusion von Stickstoff und Kohlenstoff
    Gasnitrocarburieren
    Plasmanitrocarburieren
    Salzbadnitrocarburieren 

Für alle Verfahren gelten folgende Bedingungen:
Je länger die Nitrierdauer, desto größer die Nitrierhärtetiefe (Nht). Je höher die Temperatur gewählt wird, desto tiefer kann der Stickstoff bei gleicher Verfahrensdauer eindringen. Allgemein sinkt jedoch die Eigenhärte der Nitrierschicht mit zunehmender Behandlungstemperatur.

Der Effekt der Härtesteigerung wird beim Nitrieren nicht durch einen klassischen Härtevorgang erreicht. Sondern die Härtesteigung beim Nitrieren beruht auf der Bildung von Eisennitriden und Sondernitriden in der Randschicht des Werkstückes.

Das Nitrieren zeichnet sich durch relativ niedrige Behandlungstemperaturen aus, bis max. 580°C . Aus diesem Grund kommt es nicht zur Gefügeumwandlung wie beispielsweise beim Härten, dass erklärt, warum die Maß- und Formänderungen beim Nitrieren im Vergleich zu den klassischen Härteverfahren geringer ausfallen.

Nachteilig sind die relativ niedrigen Nitrierhärtetiefen von ca. einem Millimeter je nach Werkstoff.

Sondernitride haben eine hohe Härte. Die höchste Härte weisen Aluminiumnitride auf, weshalb häufig bei den Nitrierstählen Aluminium zulegiert wird.

Der Schichtaufbau beim Nitrieren ist zweiteilig. Im äußeren Bereich besteht sie aus der sogenannten Verbindungsschicht (VS), welche fast ausschließlich aus Fe-Nitriden besteht und eine Dicke von ca. 5-20 µm hat.

Sie erscheint bei der metallographischen Präparation im Schliff als „Weiße Schicht“ da sie nur schwer anätzbar ist.

Unterhalb der Verbindungsschicht (VS) liegt eine Ausscheidungsschicht, welche die Verbindungsschicht abstützt. An dieser Stelle liegen Sondernitride vor, welche die Härtesteigerung bewirken. Die Tiefe der Ausscheidungsschicht korreliert mit der Dicke der Verbindungsschicht.

Da die Härtesteigerung beim Nitrieren nicht auf einem klassischen Härtevorgang beruht, ist auch der Effekt der Legierungselemente anders. Vereinfachend kann man feststellen, je mehr Legierungselemente bei Nitrieren zum Einsatz kommen, desto höher die Oberflächenhärte, aber auch desto geringer die Nitrierhärtetiefe und umgekehrt.

 

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