Nitrieren

Nitrieren

Das Nitrieren ist eines der häufigst angewandten Wärmebehandlungsverfahren. Die Verbesserung der Korrosions- und Verschleißeigenschaften und die Anwendbarkeit auf fast alle Stähle, machen das Nitrieren zum Härteverfahren erster Wahl.

Technisch gesehen ist das Nitrieren ein thermochemisches Verfahren zum Anreichern der Randschicht eines Stahls mit Stickstoff. Ziel des Eindiffundierens von Stickstoff in die Randschicht ist es, Funktionsflächen eine höhere Oberflächenhärte zu vermitteln, die dann sowohl abrasiven, wie adhäsiven und korrosiven Verschleiß besser stand hält.

Nitriertechniken entstanden schon vor über 2000 Jahren

Metallurgische Funde weisen darauf zurück, dass das Nitrieren bzw. Nitrocarbonioeren bereits vor Christi Geburt angewendet wurde. Die ältesten carbonitrierten Werkstücke wurden in China gefunden und sind auf 100 vor Christus zu datieren. In Indien fanden sich Eisensäule/-stäbe mit Stickstoffgradienten aus der Zeit 450 nach Christus. Dass Nitrieren war damals natürlich nicht handwerklich oder industriell - wir reden hier von einer auf natürlichem Wege entstandenen Nietrierung.

Das erste Patent wurde 1908 an Adolph Machelet für seine Arbeiten über die Gasnitrierung in den USA ausgestellt. In Deutschland war es Adolph Fry, der sich seine Untersuchungen über den Einfluss und die Rolle des Stickstoffs auf Legierungselementen 1921 patentieren ließ. Mit der Industrialisierung erlangte die Salzbadnitrierung in den 1920er an Bedeutung, die dank Hermann Schlossers Versuchen an cyanidhaltigen Salzschmelzen für verschleißfeste Oberfläche ihren Weg nach Europa fanden. Die Klöckner Ionon GmbH war im Jahr 1932 der erste professionelle Stahl-Veredlungsbetrieb, die in Plasmanitrieranlagen große Stückzahlen produzierten. Gerade im Bereich der Waffenfertigung fand das Nitrieren hohe Anerkennung, fand aber recht schnell im Zuge der Wirtschaftswunderzeit Einzug in die gesamte Metallverarbeitenden Industrie.

Verfahrensweise

In der Regel werden Bauteile oder Werkstücke bei 480 bis 590°C nitriert. Die Dauer der Behandlung reicht von einer bis zu 100 Stunden. Behandelt wird grundsätzlich nur die Oberfläche, der Werkstoffkern bleibt ferretisch. Je nach Medium, in dem die Werkstücke gehärtet werden, spricht man vom Gasnitrieren (Nitrieren in Ammoniak-Atmosphäre bei leichtem Überdruck), Salzbadnitrieren (Nitrieren im Salzbad), Drucknitrieren (über Athmosphärendruck in Amoniak) oder Plasmanitrieren (Nitrieren in einer ionisierten Gasatmosphäre). Beim Plasma- und Salzbadnitrieren ist, im Gegensatz zum Gasnitrieren, auch das partielle Härten eines Werkstückes möglich - entweder durch das Abdecken der nicht zu behandelnden Zonen (Plasmanitrieren) oder ein teilweises Eintauchen (Salzbadnitrieren).

Grundlage des Nitrierens ist die Eindiffusion von Stickstoff in die Bauteiloberfläche. Die so erzeugte, sehr harte oberflächliche Verbindungsschicht kann bis zu einige zehntel Millimeter aufweisen (je nach Behandlungsart, -dauer und -temperatur). Die unter der Verbindungsschicht liegende Diffusionszone lagert Stickstoff in die ferritischen Metallmatrix ein und erhöht die Dauerschwingfestigkeit bei Lastwechsel.

Ein besonderer Vorteil des Nitrierens gegenüber anderen Wärmebehandlungsverfahren ist die extrem hohe Hitzebeständigkeit und Nichtverformung des Werkstückes durch das Härten.

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