Ein einfacher Leitfaden für das Nitrierfinish

Eine Nitrierbeschichtung ist eine besondere Art der Behandlung von Metallteilen. Sie trägt dazu bei, dass sie sehr hart und widerstandsfähig werden und sehr lange halten. Sie können sich das so vorstellen, als ob Sie Ihre Metallteile mit einer starken Panzerung versehen. Diese Panzerung verhindert, dass sie zerkratzt, abgenutzt oder rostig werden. Wenn Sie mit Metallteilen arbeiten, die stark sein müssen, ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie. Wir erklären Ihnen auf einfache Weise, wie das Nitrierverfahren funktioniert. Du erfährst, wie es funktioniert, warum es eine gute Sache ist und wie es dir helfen kann, bessere Produkte herzustellen.

Was ist das Nitrierverfahren und wie funktioniert es?

Das Nitrierverfahren ist eine Art der Wärmebehandlung. Es handelt sich um ein Oberflächenbehandlungsverfahren, das zum Härten von Stahl und anderen Eisenmetallen eingesetzt wird. Die Hauptidee besteht darin, Stickstoff auf die Außenseite eines Metallteils aufzubringen. Dazu wird das Werkstück an einem speziellen Ort erhitzt, an dem viel Stickstoff vorhanden ist. Der Stickstoff dringt in das Metall ein. Dies nennt man Diffusion. Durch diesen Vorgang entsteht eine sehr harte äußere Schicht.

Diese äußere Schicht ist mit winzigen, harten Teilen gefüllt, die als Nitridausscheidungen bezeichnet werden. Dadurch wird die Oberfläche sehr, sehr hart. Es unterscheidet sich von anderen Verfahren zum Härten von Metall, wie dem Aufkohlen. Das Nitrierverfahren wird bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt. Das ist sehr vorteilhaft, weil sich die Teile dadurch nicht stark verbiegen oder ihre Form verändern. Es gibt nur sehr wenig Verzug, so dass die Teile die richtige Größe behalten. Das Nitrierverfahren ist eine wunderbare Methode, um Teile zu verstärken, ohne dass es zu den Problemen kommt, die durch die Verwendung von großer Hitze entstehen.

Warum ist der Schutz vor Rost beim Nitrieren so wichtig?

Eines der besten Merkmale des Nitrierens ist die hohe Korrosionsbeständigkeit der Teile. Das heißt, es hilft, Rost zu verhindern. Wenn ein Teil nitriert wird, wird eine spezielle Schicht auf der Oberseite erzeugt. Diese Schicht wird als Verbindungsschicht bezeichnet. Diese Schicht besteht normalerweise aus Eisennitrid. Sie wirkt wie eine starke Wand. Diese Wand verhindert, dass Luft und Wasser an das darunter liegende Metall gelangen. Dadurch werden Rost und andere Arten von Verschleiß und Korrosion verhindert.

Für viele Teile ist eine gute Korrosionsbeständigkeit ebenso wichtig wie ihre Härte. Denken Sie zum Beispiel an Schusswaffenkomponenten oder Teile, die in Nassbereichen eingesetzt werden. Die Korrosionsbeständigkeit, die durch das Nitrieren erreicht wird, bedeutet, dass diese Teile viel länger halten werden. Selbst bei einem Metall wie Edelstahl, das bereits eine gute Rostbeständigkeit aufweist, kann das Nitrieren die Korrosionsbeständigkeit noch verbessern. Die Nitridschicht verbessert die Verschleißfestigkeit und schützt das Teil vor Beschädigungen. Diese zusätzliche Korrosionsbeständigkeit ist ein sehr wichtiger Vorteil.

Was ist die richtige Prozesstemperatur für das Nitrieren?

Die Prozesstemperatur beim Nitrieren ist von großer Bedeutung. Sie liegt in der Regel zwischen 400°C und 575°C (750°F und 1065°F). Diese Temperatur wird sehr sorgfältig ausgewählt. Sie muss heiß genug sein, damit die Stickstoffdiffusion funktionieren kann. Aber sie darf nicht zu heiß sein. Wenn die Prozesstemperatur zu hoch ist, kann sie das Innere des Teils schwächen. Die Festigkeit, die das Teil durch einen früheren Wärmebehandlungsschritt erhalten hat, kann dadurch beeinträchtigt werden.

Die niedrige Prozesstemperatur ist ein großer Pluspunkt für das Nitrieren. Andere Verfahren zum Härten von Metall, wie das Aufkohlen, arbeiten mit viel höheren Temperaturen. Diese hohe Hitze kann dazu führen, dass sich die Werkstücke verbiegen oder ihre Form verändern. Beim Nitrieren gibt es nur sehr wenig Verformung. Das bedeutet, dass weniger Arbeit erforderlich ist, um das Teil nach der Behandlung zu reparieren. Das Werkstück behält seine Größe und Form. Dadurch können Sie viel Zeit und Geld sparen.

Wie verändert das Nitrieren die Oberflächenbeschaffenheit eines Teils?

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Teils nach dem Nitrieren ist normalerweise sehr schön und glatt. Da das Verfahren mit geringer Hitze arbeitet, wird die Oberfläche nicht rau. In vielen Fällen sind die Teile sofort einsatzbereit, wenn sie aus dem Ofen genommen werden. Sie müssen oft nicht mehr groß poliert oder geschliffen werden. Das ist ein großer Vorteil, wenn man andere Wärmebehandlungsverfahren betrachtet, die eine raue Oberfläche hinterlassen können.

Manchmal kann eine sehr dünne, dunkelgraue oder schwarze Schicht auf der Oberfläche erscheinen. Dies ist eine Oxidschicht. Sie tritt häufig bei einigen Nitrierverfahren auf, z. B. beim Nitrocarburieren. Diese Oxidschicht ist eigentlich eine gute Sache. Sie kann die Korrosionsbeständigkeit noch verbessern. Sie kann auch dazu beitragen, dass die Teile leichter gleiten und die Reibung verringert wird. Wenn Sie eine sehr helle und glänzende Oberfläche benötigen, können Sie in geringem Umfang polieren. Sie sollten aber nicht zu viel polieren. Starkes Polieren könnte die harte Nitridschicht abtragen.

Müssen Sie Teile nach dem Nitrieren anlassen?

Das ist eine sehr gute Frage. Die Antwort ist nein, Sie temperieren keine Teile nach Sie nitrieren sie. Die Teile müssen gehärtet werden und ihren Endanlass erhalten vor beginnt der Nitrierprozess. Durch den Schritt des Anlassens erhält das Innere des Teils die richtige Festigkeit und Zähigkeit. Es ist sehr wichtig, dass die Temperatur für das abschließende Anlassen höher ist als die Temperatur, die für das Nitrieren verwendet wird. Sie sollte mindestens 30°C (50°F) höher sein.

Warum ist das so wichtig? Wenn Sie ein Teil bei einer Temperatur nitrieren, die höher ist als die endgültige Anlasstemperatur, wird das Innere des Metalls weich. Dadurch würde das gesamte Teil viel schwächer werden. Daher gilt die folgende Regel: immer zuerst härten und anlassen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Innere der Legierung fest bleibt, während die Außenfläche sehr hart wird. Ein gutes Anlassen vor dem Nitrieren ist das Geheimnis für ein großartiges Teil.

Wie kann man die Einsatztiefe beim Nitrieren kontrollieren?

Die Einhärtetiefe gibt an, wie tief die Härte in die Oberfläche eines Teils eindringt. Beim Nitrieren können Sie die Einsatzhärtungstiefe auf zwei Arten verändern. Die erste ist die Verweildauer des Werkstücks im Ofen. Die zweite ist die Temperatur des Ofens. Je länger das Teil behandelt wird, desto tiefer dringt der Stickstoff in das Metall ein. Dies führt zu einer größeren Einsatztiefe.

Ein tieferes Gehäuse kann die Ermüdungsfestigkeit eines Teils verbessern. Dies ist wichtig für Teile, die stark beansprucht werden, wie Kurbelwellen oder Zahnräder. Sie sollten aber wissen, dass dieses Verfahren sehr zeitaufwändig ist. Die Herstellung eines tiefen Gehäuses kann sehr langsam sein und manchmal mehr als 80 Stunden dauern. Diejenigen, die Teile entwerfen, entscheiden über die richtige Gehäusetiefe für die Aufgabe, die das Teil erfüllen soll. Für viele Aufgaben ist ein dünnes Gehäuse ausreichend, um eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu erreichen.

Wie sollte die Oberfläche vor dem Verfahren beschaffen sein?

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Teils, bevor es in den Ofen gelegt wird, ist äußerst wichtig. Die Oberfläche muss absolut sauber sein. Es darf kein Öl, Fett, Schmutz oder Rost darauf sein. Jeglicher Schmutz auf der Oberfläche kann verhindern, dass der Stickstoff in das Metall eindringt. Dies würde zu weichen Stellen führen und das Verfahren würde nicht gut funktionieren.

Außerdem dürfen auf der Oberfläche keine Schichten von anderen Arbeiten vorhanden sein, die durchgeführt wurden. Zum Beispiel könnte eine Oberfläche verletzt werden während CNC-Bearbeitung. In diesem Fall sollte etwas Material durch Schleifen oder Polieren entfernt werden, um neues, sauberes Metall zu erhalten. Das gilt erst recht für rostfreien Stahl. Nichtrostender Stahl hat eine natürliche Schicht, die man nicht sehen kann. Dabei handelt es sich um eine Oxidschicht, die das Metall schützt. Diese Schicht muss unmittelbar vor dem Nitrierprozess entfernt werden. Wenn sie nicht entfernt wird, kann der Stickstoff nicht in das Metall eindringen. Eine saubere Oberfläche ist der erste Schritt für ein gutes nitriertes Teil.

Was sind die verschiedenen Arten des Nitrierens?

Es gibt drei Hauptarten des Nitrierens. Jede ist ein wenig anders. Sie sind für verschiedene Arten von Arbeiten geeignet.

1. Gasnitrieren: Diese Art des Nitrierens ist die am häufigsten anzutreffende. Beim Gasnitrieren werden die Werkstücke in einen Ofen gelegt, der verschlossen ist. Dann wird ein spezielles Gas in den Ofen gepumpt. Dabei handelt es sich in der Regel um heißes Ammoniakgas. Das Ammoniakgas zersetzt sich an der heißen Metalloberfläche und setzt Stickstoff frei. Dieser Stickstoff geht dann in den Stahl über. Der Gasstrom muss sehr genau überwacht werden. Das Gasnitrierverfahren eignet sich gut für die gleichzeitige Bearbeitung einer großen Anzahl von Teilen.
2. Salzbad-Nitrieren: Beim Salzbadnitrieren werden die Teile in eine Wanne mit heißem, flüssigem Salz gelegt. Dieses Salz enthält viel Stickstoff und ein wenig Kohlenstoff. Dies wird manchmal auch als Flüssignitrieren bezeichnet. Das Salzbadnitrieren ist sehr schnell. Es verleiht den Teilen eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig für eine besondere Art des Nitrierens, das Nitrocarburieren, verwendet.
3. Plasma-Nitrieren: Dies ist die neueste Methode. Beim Plasmanitrieren werden die Teile in einen Vakuumofen gelegt. Der Ofen wird dann mit einem Gemisch aus speziellen Gasen, wie Stickstoff und Wasserstoff, gefüllt. Danach wird das Gas durch elektrische Felder zum Leuchten gebracht, fast wie ein buntes Schild. Dieses leuchtende Gas wird Plasma genannt. Das Plasma enthält Stickstoff-Ionen. Diese Ionen werden in die Oberfläche des Werkstücks geschossen. Beim Plasmanitrieren haben Sie die beste Kontrolle über den gesamten Prozess. Bei Bedarf können Sie reines Stickstoffgas verwenden. Es eignet sich hervorragend für rostfreien Stahl, da das Plasma die Oberfläche reinigt und die zähe Oxidschicht abträgt.

Hier ist eine einfache Tabelle, die zeigt, wie unterschiedlich sie sind:

Welche Arten von Materialien können durch Nitrieren gehärtet werden?

Das Nitrieren eignet sich am besten für bestimmte Stahlsorten. Es ist nicht für alle Metalle geeignet. Die besten Materialien sind legierte Stähle, denen spezielle Legierungselemente beigemischt sind. Diese werden als nitridbildende Elemente bezeichnet. Diese Elemente sind sehr gut in der Lage, Stickstoff zu binden, um die gewünschten superharten Nitridspitzen zu erzeugen. Die besten Elemente für diese Aufgabe sind Aluminium, Chrom und Molybdän.

Hier sind einige Materialien, die sich gut zum Nitrieren eignen:

• Niedrig legierte Stähle, die Chrom und Molybdän enthalten. Diese werden sehr häufig für nitrierte Teile verwendet.
• Werkzeugstähle, wie H13, werden häufig nitriert. Sie werden z. B. für die Herstellung von Strangpresswerkzeugen verwendet.
• Rostfreier Stahl ist eine gute Wahl. Durch das Nitrieren von nichtrostendem Stahl wird die Oberflächenhärte wesentlich verbessert. Außerdem wird verhindert, dass sie festkleben oder zerkratzt werden, was ein Problem darstellt, das als Galle bezeichnet wird. Alle Arten von rostfreiem Stahl, sogar austenitischer rostfreier Stahl, können mit Plasmanitrierung behandelt werden.
• Gusseisen kann auch nitriert werden. Eine nitrierte Oberfläche macht Gusseisen viel widerstandsfähiger und langlebiger.

Einen einfachen Kohlenstoffstahl kann man nicht wirklich durch Nitrieren härten. Das liegt daran, dass der Stahl nicht die richtigen Legierungselemente enthält. Ohne diese Elemente kann der Stickstoff nicht die harten Teile erzeugen, die die hohe Oberflächenhärte bewirken.

Wofür werden nitrierte Teile häufig verwendet?

Nitrierte Teile sind in vielen Maschinen zu finden, die Sie jeden Tag sehen und benutzen. Nitriert werden in der Regel Teile, die besonders widerstandsfähig gegen Verschleiß und Ermüdung sein müssen. Da die Beschichtung so widerstandsfähig ist, eignet sie sich perfekt für Teile, die aneinander reiben. Die geringe Reibung einer nitrierten Oberfläche ist ebenfalls eine große Hilfe.

Hier sind einige Beispiele, bei denen ein nitriertes Teil zum Härten der Oberfläche verwendet wird:

• Motorenteile: Kurbelwelle, Nockenwelle und Ventilteile werden häufig nitriert. Dies hilft ihnen, Millionen von Umdrehungen und Bewegungen in einem Automotor zu überstehen.
• Zahnräder: Ein Zahnrad in einem Auto oder einer Maschine braucht eine sehr harte Oberfläche. Das verhindert, dass sich die Zähne des Zahnrads abnutzen. Ein nitriertes Zahnrad ist sehr widerstandsfähig und hält eine lange Zeit.
• Werkzeuge zur Herstellung von Dingen: Teile wie Extruderschnecken und Düsen, die Kunststoff und Metall formen, werden nitriert. Dank der hohen Oberflächenhärte können sie andere Dinge formen, ohne zu verschleißen.
• Feuerwaffenkomponenten: Viele Teile einer Waffe werden nitriert. Dadurch erhalten sie eine harte, schwarze und lang anhaltende Oberfläche, die auch sehr gut gegen Rost schützt.
• Lager und Buchsen: Bei Teilen, die sich drehen oder gleiten, bedeutet eine nitrierte Oberfläche weniger Reibung. Sie verhindert, dass die Teile aneinander kleben bleiben.

Alle Werkstücke, die eine sehr harte Oberfläche und eine hohe Verschleißfestigkeit benötigen, können durch das Nitrierverfahren verbessert werden.

Das Wichtigste zur Erinnerung

• Nitrieren ist eine Art der Wärmebehandlung. Dabei wird Stickstoff in die Oberfläche eines Metalls eingebracht, um es sehr hart zu machen.
• Es verleiht den Teilen eine erstaunliche Verschleißfestigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit.
• Das Verfahren arbeitet mit geringer Hitze. Das bedeutet, dass die Teile ihre Form oder Größe nicht sehr stark verändern.
• Die wichtigsten Arten sind das Gasnitrieren, das Salzbadnitrieren und das Plasmanitrieren. Beim Plasmanitrieren haben Sie die meiste Kontrolle.
• Das Nitrieren funktioniert am besten bei legierten Stählen und Werkzeugstählen. Diese Stähle enthalten Elemente wie Chrom oder Aluminium.
• Die Teile müssen vollständig gehärtet und angelassen sein. vor Sie beginnen den Nitrierprozess.
• Es wird häufig für Motorenteile wie die Kurbelwelle sowie für Zahnräder und Werkzeuge verwendet, die eine sehr feste Oberfläche benötigen.