Nitrieren

Nitrieren ist eine thermochemische Behandlung (DIN EN 10052) eines Stahls in Stickstoff abgebender Umgebung zur Erzeugung einer harten, verschleißbeständigen Randschicht. Beim Nitrieren werden die Werkstücke in Stickstoff abgebender Umgebung, je nach Verfahren, auf Temperaturen zwischen 500 °C und 550 °C erwärmt und wenige Minuten bis zu 100 Stunden auf Temperatur gehalten. Anschließend wird langsam, bei unlegierten Stählen auch schnell abgekühlt.

Erreichbare Randhärte:
Die zu erreichende Randhärte ist rein werkstoffabhängig und kann nur durch eine Vorbehandlung wie Vergüten mit einer Anlasstemperatur über 570 °C verbessert werden.

Grundsätzlich sind fast alle Stahlsorten und auch Guss nitrierbar. Die Härte entsteht durch im Metallgitter eingelagerte Nitride. Besonders harte Nitride entstehen mit den Elementen Aluminium, Chrom, Molybdän, Titan und Vanadium.

Bei den niedrig legierten Stählen ist die Härtesteigerung meist sehr gering, jedoch wird ein gewisser Korrosionsschutz erreicht und der Adhäsionsverschleiß vermindert.
Werte für die erreichbare Oberflächenhärte können der Tabelle entnommen werden. Die Toleranzen ergeben sich aus den Analysetoleranzen für die oben erwähnten Legierungselemente, sowie aus unterschiedlichen Vergütungsfestigkeiten.

Werkstoff Zeichnungs-
angaben
Erfahrungswerte
in HV
Empfehlenswert
34 CrAIMo 5V 800 + 200 HV 1000 HV ++
31 CrMoV 9 V 700 + 200 HV 800 HV ++
34 CrAINi 7 V 800 + 200 HV 1000 HV ++
42 CrMo 4 V 550 + 200 HV 650 HV ++
34 CrNiMo 6 V 550 + 200 HV 650 HV ++
16 MnCr 5 550 + 200 HV 650 HV +
20 MnCr 5 550 + 200 HV 650 HV +
18 CrNi 8 550 + 200 HV 650 HV +
17 CrNiMo 6 550 + 200 HV 650 HV +
C 15 300 + 200 HV 320 HV --
C 45 350 + 200 HV 400 HV +-
C 60 350 + 200 HV 400 HV +-
C 35 V 450 + 200 HV 600 HV +
St 37 250 + 200 HV 250 HV --
St 52-3 350 + 200 HV 500 HV +-
QStE 380 N 350 + 200 HV 550 HV +-
ETG 100 350 + 200 HV 400 HV --
1.2311 / 40 CrMnMo 7 V 600 + 200 HV 700 HV ++
1.2343 / X38 CrMoV 5-1 V 800 + 200 HV 1000 HV ++
1.2080 / X210 Cr 12 V 800 + 200 HV 1000 HV ++
1.2379 / X155 CrMoV 12 V 800 + 200 HV 1000 HV ++

Tabelle: Härteeigenschaften gängiger Stahlsorten.

Die Härte ist von der Werkstoffzusammensetzung abhängig.

Die Nitrierhärtetiefe hängt neben der Nitriertemperatur im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Werkstoffes und der Behandlungsdauer ab.

Die Nitrierhärtetiefe ist abhängig von der Kernhärte, da diese + 50 HV für die Berechnung der Grenzhärte-Standardmessung angenommen wird.


Geeignete Werkstoffe für das Nitrieren

Das Nitrieren (Gasnitrieren) wird in der Regel nur für legierte Stähle (Nitrierstähle) angewandt, da sich bei unlegierten Stählen eine spröde, zum Abplatzen neigende Nitrierschicht bildet.

Nitrierstähle sind legierte Stähle mit Kohlenstoffanteil zwischen 0,3 und 0,4 Masse-Prozent, ähnlich Vergütungsstählen, aber im Hinblick auf die angestrebten spezifischen Eigenschaften mit speziellen metallischen Elementen legiert. Damit können ähnliche Werkstoffzustände, wie nach dem Einsatzhärten erreicht werden.
Als Beispiel werden aufgezeichnet 1.8519 (31CrMoV9) und 1.8515 (31CrMo12).

Zweck der Wärmebehandlung Nitrieren

Mit dem Nitrieren wird bezweckt, bei Werkstücken und Werkzeugen aus Eisenwerkstoffen das Verschleiß-, Korrosions- und Festigkeitsverhalten zu verbessern.

Wegen der relativ geringen Dicke der Nitrierschicht können Maß- und Formveränderungen nicht durch ein nachträgliches Schleifen beseitigt werden. Andererseits sind die durch die Stickstoffaufnahme in der Randschicht verursachten Maß- und Formveränderungen relativ gering. Es ist deshalb besonders wichtig, dafür zu sorgen, dass die zu behandelnden Werkstücke thermisch stabil und frei von Eigenspannungen sind. Gegebenenfalls ist vorher ein Spannungsarmglühen durchzuführen. Der Betrag der Maß- und Formveränderung sollte vor dem Nitrieren eingeplant und vorgehalten werden, da die meisten Nitrierteile Fertigbauteile sind.

Kundenangaben zur Wärmebehandlung

Zur Durchführung des Nitrierens benötigen wir von Ihnen folgende Angaben:

  • Werkstoffbezeichnung und Zustand (z.B. vergütet)
  • Sollwerte Randbereich mit Toleranzangabe (ist werkstoffabhängig)
  • Nitrierhärtetiefe mit Toleranzbereich
  • Verbindungsschicht
  • ggf. Isoliervorschrift (Bereiche, die nicht nitriert werden sollen)
  • ggf. festgelegte Prüfpunkte

Quelle: www.haertetechnik.org

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