Nitrieren


Das Nitrieren beschreibt eine so genannte thermochemische Diffusionsbehandlung. Hierbei wird atomarer Stickstoff bei Temperaturen zwischen 480°C und 590°C aus dem Medium abgespalten und in das Bauteil eindiffundiert. Bei den unterschiedlichen Nitrierverfahren unterscheidet man grundsätzlich zwischen Gas-, Plasma- und Salzbadnitrieren.

Im Gegensatz zum Einsatzhärten, wird die Randzone nicht mit Kohlenstoff angereichert. Stattdessen dringt Stickstoff in die Oberfläche des Bauteils ein, welches in Verbindung mit Eisen bzw. anderen Legierungselementen verschleissfeste Verbindungen bildet. Diese harten Verbindungen werden dann als Nitriede bezeichnet, welche die so genannte Nitrierschicht bilden.

Bei diesem Verfahren entstehen keine thermischen Umwandlungen im Bauteil, wodurch Werkstücke behandelt werden können, welche bereits vergütet bzw. fertig bearbeitet wurden. Es entstehen in der Regel kaum Verzüge.

Die Nitrierschicht besteht aus zwei Zonen. Die äußere Zone wird als Verbindungsschicht bezeichnet und besteht hauptsächlich aus Eisennitrieden. Die Dicke dieser Verbindungsschicht entsteht werkstoffabhängig, beträgt aber in der Regel bis zu 0,3 Milimeter.
Die Verbindungszone ist sehr hart aber auch spröde und empfindlich gegen (Schlag-)Einwirkungen von aussen, weist aber eine sehr hohe Verschleißfestigkeit auf.

Die zweite Zone wird als Diffusionszone bezeichnet und kann eine Dicke bis zu 0,7 Milimeter aufweisen. Die Härte dieser Zone ist abhängig von der Anzahl nitridbildender Legierungselemente wie Chrom, Aluminium, Molybden und Vanadium.

Ein weiterer Vorteil des Nitrierens ist die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von normalem Stahl sowie die Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit eines Bauteils. Kommen allerdings bereits korrosionsbeständige bzw. hochchromhaltige Werkstoffe zum Einsatz, kann die korrosionsbeständigkeit des Bauteils abnehmen.

 

Fragen zum Dickenzuwachs:

Es wird immer wieder die Frage gestellt, mit welchem Wachstum bzw. "Dickenzunahme" nach der Nitrierbehandlung zu rechnen ist. Es ist allgemein bekannt, dass die Volumenänderung mit zunehmender Nitrierschichtdicke (Nitrierdauer) bzw. zunehmendem Stickstoffgehalt zunimmt. Dieser Zusammenhang gilt grundsätzlich für alle Stähle und Nitrierverfahren.
Von ausschlaggebender Bedeutung für die Maßänderung ist aber auch die Bauteilform. Teile mit geometrisch ungleichmäßigen Querschnitten werden immer ungleichmäßige Maßänderungen aufweisen. Eine Besonderheit besteht beim Nitrieren und Nitrocarburieren, ähnlich wie bei anderen termochemischen Diffusionsbehandlungen darin, dass die von zwei Seiten durch Diffusion beeinflussten Kanten von Teilen, wegen einer an dieser Stelle stärkeren Diffusion, auch eine stärkere Maßänderung erfahren. Dies wirkt sich als eine Kantenaufwölbung aus. Diese Kantenaufwölbung ist in den seltensten Fällen plastisch verformbar und kann im schlimmsten Fall zu Abplatzungen führen. Es empfiehlt sich in solchen Fällen, falls es konstruktiv möglich ist, an diesen Kanten Radien vorzusehen, oder diese Kanten zu brechen.

Allgemein kann noch gesagt werden, dass unlegierte oder niedriglegierte Stähle ein größeres Wachstum bei gleicher Behandlungsdauer als höherlegierte aufweisen. Um generell Größenordnungen anzugeben, verweisen wir auf nachfolgende Tabelle.

 Nitrierhärtetiefe
(Nht)
Volumenzunahme
0,1 - 0,15 mm 4 - 8 µm
0,2 - 0,3 mm ca. 10 µm
0,5 - 0,6 mm 10 - 15 µm
0,8 - 1,0 mm 10 - 20 µm

 

Geeignete Werkstoffe:

  • alle gebräuchlichen Stahl-, Guss- und Sinterwerkstoffe
  • unlegierte, niedrig legierte und mittellegierte Werkstoffe

 

Vorteile des Verfahrens:

  • Hoher Verschleißwiderstand bei Adhäsion
  • verminderter Reibungskoeffizient
  • verbesserte Korrosionsbeständigkeit
  • Warmbeständigkeit der Nitrierschicht bis 400°C
  • Möglichkeit des partiellen Nitrierens 

 

Weiterführende Links:



Weitere Informationen finden Sie in der Verfahrensübersicht und in unserem Härterei Lexikon ...