Inhalt
- Was ist Nitrieren?
- Wie wird Nitrieren durchgeführt?
- Wie unterscheidet sich das Nitrieren von anderen Einsatzhärtungsmethoden?
- Was sind die Vorteile des Nitrierens?
- Wann ist Nitrieren nicht die beste Option?
Tamara Wilhite ist technische Redakteurin, Wirtschaftsingenieurin, Mutter von zwei Kindern und veröffentlichte Science-Fiction- und Horror-Autorin.
Was ist Nitrieren?
Das Nitrieren ist ein chemischer Prozess zum Härten von Metall - typischerweise Stahl oder Eisen. Es wird häufig für hitzebeständigen Stahl verwendet, der in Hochtemperaturanwendungen verwendet wird, und für Stahl, der zur Herstellung von Werkzeugen verwendet wird, obwohl Titan und Aluminium auch nitriert werden können. Die durch den Nitrierprozess erzeugten Nitridlegierungen bilden eine Schicht mit sehr hoher Verschleißfestigkeit.
Wie wird Nitrieren durchgeführt?
Das Nitrieren ist ein thermochemischer Prozess. Es gibt verschiedene Nitriermethoden, einschließlich Gasnitrieren, Salzbadnitrieren und Plasmanitrieren. In all diesen Fällen wird das Gehäuse oder die äußere Schicht des Stahls auf 450 bis 600 Grad Celsius erhitzt, während Stickstoff in das Substrat diffundiert. Dadurch entstehen Nitride oder Stickstofflegierungen. Der Stickstoff selbst liegt in einer Menge unter sechs Prozent vor, um die Bildung von g'-Nitrid oder Fe4N zu gewährleisten, einer spröden Legierung, die die Teileleistung beeinträchtigt.
Bei höheren Konzentrationen würde sich E-Nitrid bilden. e-Nitrid oder Fe3N ist ähnlich und kann mit dem g'-Nitrid gemischt werden. Das Verfahren kann andere Mineralien hinzufügen, um zusätzliche, starke Legierungen im Stahl- oder Eisensubstrat zu erzeugen. Beispielsweise können sie mit Molybdän und Chrom legiert sein. Dies verbessert ihre Eignung durch Abschrecken.
Aluminium und Vanadium können als Nitriermittel enthalten sein. Die Nitriertiefe reicht von 0,1 bis 0,7 Millimeter. Die Nitrierzeit reicht von einigen Stunden bis zu hundert Stunden.
Wie unterscheidet sich das Nitrieren von anderen Einsatzhärtungsmethoden?
Das Nitrieren unterscheidet sich von herkömmlichen Einsatzhärtungsmethoden wie dem Aufkohlen. Der Stahl wird auf der gleichen hohen Temperatur gehalten, wie Stickstoff eingeführt wird. Während des Abkühlvorgangs findet keine Transformationsphase statt. Im Gegensatz dazu führt das Aufkohlen zu einer Phasenumwandlung, wenn das Substrat abgekühlt wird. Der Kohlenstoffgehalt des Stahls absorbiert Kohlenstoff und die chemische Zusammensetzung verschiebt sich von Austenit zu Martensit. Martensit hat dank seiner hohen Härte eine höhere Verschleißfestigkeit.
Das Nitrocarburieren ist ein ähnlicher Prozess wie das Nitrieren. Der größte Unterschied zwischen Nitrieren und Nitrocarburieren besteht darin, dass letzteres Kohlenstoff in die Oberflächenschicht des Metalls drückt. Darüber hinaus kann die Nitrocarburierung nur an Eisenlegierungen wie Stahl durchgeführt werden. Beachten Sie, dass Nitridstähle normalerweise einen gewissen Kohlenstoffgehalt aufweisen - typischerweise zwischen 0,02% und 0,45%, obwohl Kohlenstoffstähle auch nitriert werden können.
Das Nitrocarburieren erfolgt aus den gleichen Gründen wie das Nitrieren, z. B. durch Einsatzhärten von Stahl für Zahnräder oder Metallführungen. Das Nitrocarburieren ist jedoch viel schneller als das Nitrieren. Ein langer Nitrocarburierungsprozess dauert bis zu sechs Stunden. Ein weiterer Unterschied zwischen Nitrocarburieren und Nitrieren besteht darin, dass das Nitrocarburieren bei viel höheren Temperaturen stattfindet, typischerweise um 970 Grad Celsius.
Was sind die Vorteile des Nitrierens?
Einer der größten Vorteile des Nitrierens besteht darin, dass es die Verzerrungen minimiert, die beim Aufkohlen und Abschrecken auftreten, den beiden beliebtesten Wärmebehandlungsverfahren. Dies schafft eine viel glattere Oberfläche, was wiederum den Bedarf an Bearbeitungs- oder Endbearbeitungsprozessen nach der Wärmebehandlung verringert.
Durch das Nitrieren entfällt jedoch nicht die Notwendigkeit einer weiteren Verarbeitung. Ältere Nitrierprozesse erzeugen eine weiße Schicht aus g'-Nitrid (Fe4N), die entfernt werden muss, obwohl einige neuere Nitrierprozesse die Bildung dieser minderwertigen Stahllegierung verhindern. Darunter befindet sich die Diffusionszone oder das Substrat, in der die Korngrenzen durch die Bildung von Nitriden verändert werden. Darunter bleibt das unveränderte Kernmaterial. Diese Grenzen sind offensichtlich, wenn sie unter einem Mikroskop untersucht werden.
Das gehärtete Material hat ein geringeres Abriebrisiko. Es hat eine größere Beständigkeit gegen Anlassen und bleibt stark, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Dies ist einer der Gründe, warum nitrierter Stahl in Schusswaffen, Extrudierwerkzeugen, Druckgusswerkzeugen, Kunststoffformwerkzeugen und Schmiedewerkzeugen verwendet wird.
Das Nitrieren erhöht die Dauerfestigkeit des Metalls oder die Beanspruchung, der das Material standhalten kann, ohne zu brechen. Dies erhöht die Lebenserwartung von Werkzeugen dramatisch.
Nitriertes Metall hat eine bessere Dimensionsstabilität als andere wärmebehandelte Materialien. Nitriertes Material hat auch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Ermüdungskerben.
Das Nitrieren kann an ausgehöhlten Metallteilen erfolgen. Dies gibt dem ausgehöhlten Bereich eines Teils eine bessere mechanische Unterstützung. Es verringert auch das Risiko von Rissen, die durch elastische Verformung verursacht werden, während nitrierte Teile sich in erster Linie auch weniger wahrscheinlich verformen.
Wann ist Nitrieren nicht die beste Option?
Während Nitrieren eine hohe Oberflächenhärte erzeugt, ist es nicht immer die beste Wahl. Beispielsweise können Schleifverschleißanwendungen immer noch 1 Nitridstahl abnutzen. Hohe Punktlasten können die nitrierte Schicht abplatzen lassen. Nitrierter Stahl ist jedoch eine gute Wahl für Anwendungen mit Klebstoffverschleiß. Dies liegt daran, dass die nitrierte Oberfläche die Reibung verringert und gleichzeitig ihre Korrosionsbeständigkeit beibehält.
Dieser Artikel ist genau und nach bestem Wissen des Autors. Der Inhalt dient nur zu Informations- oder Unterhaltungszwecken und ersetzt nicht die persönliche Beratung oder professionelle Beratung in geschäftlichen, finanziellen, rechtlichen oder technischen Angelegenheiten.
