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Durch Anpassung der Nitrierparameter können unterschiedliche Oberflächenhärten und Härteprofile erzeugt werden. Von Vorteil gegenüber anderen Verfahren wie dem Einsatzhärten ist der geringere Verzug, da es keine Umwandlungsvorgänge beim Abkühlen von der Nitriertemperatur gibt. Die Reinheitsanforderungen und die Gefügehomogenität gewährleisten gleichmäßige mechanische Eigenschaften, selbst bei großen Abmessungen.
Wir bieten maßgeschneiderten Nitrierstahl für verschiedene Anwendungsgebiete und Bauteile an. Die Herstellung erfolgt in Elektro-Lichtbogenöfen, gefolgt von Feinarbeit in Pfannenöfen. Der Stahl kann als Blockguss oder Vorblockstrangguss gegossen werden.
Für Premium-Nitrierstahl mit hoher Gefügehomogenität und Reinheit stehen Elektroschlacke-Umschmelzöfen (ESU) und Lichtbogen-Vakuumöfen (LBV) zur Verfügung. ESU entfernt nichtmetallische Einschlüsse, während LBV einen besonders reinen Zustand gewährleistet.
Unser Nitrodur Nitrierstahl wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt:
Werkzeugmaschinenbau: Nitrodur sichert lange Lebensdauer, Funktion und Präzision bei Werkzeugmaschinen.
Der Stahl bietet maßgeschneiderte Festigkeitsbereiche, Zähigkeit und Warmumformbarkeit. Kaltumformbarkeit und Spanbarkeit hängen von der Analyse und Gefügebildung ab und können durch Legierung und Wärmebehandlung optimiert werden. Die Qualität von Nitrodur wird durch hohe Prozesssicherheit und moderne Anlagen in den Bereichen Erschmelzen, Sekundärmetallurgie, Stranggießen, Warmumformung und Wärmebehandlung sowie fortschrittliche Prüfeinrichtungen sichergestellt.
Nitrieren als Methode zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Bauteilen, insbesondere hinsichtlich Härte, Verschleißfestigkeit und Schwingfestigkeit
Nitrieren ist ein wichtiges thermochemisches Verfahren, bei dem Stickstoff in die äußere Schicht eines Werkstücks eingelagert wird. Beim Nitrocarburieren erfolgt die Einlagerung von Stickstoff und Kohlenstoff. Stickstoff, wenig löslich im ferritischen Mischkristall, scheidet sich als Nitrid aus, wodurch eine geschlossene Nitridschicht entsteht. Daran schließt sich eine Diffusionszone an, die die Stahlmatrix aushärtet.
Die Temperatur für das Nitrieren liegt typischerweise zwischen 350 °C und 590 °C, um Stickstoffdiffusion zu ermöglichen. Die Nitrierschicht kann bis zu 500 μm dick sein und Härtewerte von > 1000 HV aufweisen. Da keine Volumenänderung erfolgt, ist die Verzugsgefahr gering. Nitrierstahl nach DIN EN 10085:2001-07 wird für solche Verfahren eingesetzt.
Die Stickstoffübertragung erfolgt durch Adsorption, Absorption und Diffusion. Die äußere Verbindungsschicht weist Porosität auf, während die Diffusionsschicht Festigkeits- und Verschleißbeständigkeit erhöht. Variation der Bedingungen und Materialauswahl beeinflussen den Schichtaufbau. Der Übergang von der Diffusionsschicht zur Kernhärte erfolgt fließend.
Anlasstemperatur beim Vergüten beeinflusst die Härtesteigerung und Anlassbeständigkeit. Legierungselemente wie Chrom, Aluminium, Molybdän und Vanadium beeinflussen die Randhärte. Aluminiumhaltige Stähle neigen zu Oxidbildung, die Stickstoffdiffusion behindern kann.
Die Qualität der Nitrierschicht hängt vom homogenen, feinkörnigen Grundgefüge ab. Ein vergüteter Zustand ist meist besser als ein geglühter. Höhere Legierungsgehalte erhöhen die Randhärte und Druckeigenspannungen, beeinträchtigen jedoch die Stickstoffdiffusion und die erreichbare Härte.
Thermochemische Verfahren des Nitrierens
Das Gas-Nitrieren und Gas-Nitrocarburieren sind thermochemische Verfahren, die bei Temperaturen von 450 °C bis 590 °C durchgeführt werden. Beim Gasnitrieren steht die Stickstofffreisetzung in der Randschicht im Fokus, während beim Gas-Nitrocarburieren zusätzlich Kohlenstoff eingebracht wird. Das Oxi-Nitrieren nutzt Sauerstoff zur Prozessintensivierung. Diese Verfahren ermöglichen vielfältige Schichtstrukturen und Härtetiefen, eignen sich für verschiedene Bauteilgrößen, erfordern jedoch aufgrund brennbarer Gase besondere Sicherheitsmaßnahmen.
Plasmanitrieren und -nitrocarburieren werden im Temperaturbereich von 350 °C bis 590 °C durchgeführt. Positive Ionen treffen auf die Bauteile und sorgen für Oberflächenreinigung. Anschließend wird aufgeheizt, und eine gepulste Entladung verbessert die Prozessgleichmäßigkeit. Durch eine spezielle Glimmentladungstechnik kann eine gleichmäßige Aufstickung erreicht werden. Dieses Plasma-Verfahren ermöglicht präzisen Schichtaufbau, geringe Maßveränderungen und geringe Rauhigkeit. Allerdings erfordert das Platzieren der Bauteile präzise Anordnung, da das Plasma nicht in Spalten kleiner als 0,6 mm - 0,8 mm eindringen kann.
Beim Salzbadnitrocarburieren werden Bauteile bei 570 °C ≤ T ≤ 590 °C für 30 bis 120 Minuten in Salzschmelzen getaucht und anschließend abgeschreckt. Dieses Verfahren erzeugt Schichten mit hoher Beständigkeit gegen Verschleiß und verbessert die Dauerfestigkeit. Die Behandlungsschritte umfassen Vorreinigung, Vorwärmen, Nitrocarburieren, Abkühlen/Oxidieren und Waschen. Das Verfahren zeichnet sich durch Störfestigkeit aus und ermöglicht hohe Chargendichten. Es ist jedoch nicht für reines Nitrieren ohne C-Diffusion geeignet. Die Verhältnisse zwischen Verbindungsschichtdicke und Diffusionstiefe können nur begrenzt variiert werden.
Wir bieten die Option gefertigte Bauteile einer thermochemischen Wärmebehandlung in unseren eigenen Härtereibetrieben zu unterziehen – entweder durch Gasnitrieren, -carbonitrieren oder -nitrocarburieren. Das Gasnitrieren wird im Temperaturbereich des Kurz- und Langzeitnitrierens für Bauteile mit Abmessungen von 900 x 600 x 600 mm durchgeführt. Das Plasmanitrieren wird für Chargen von etwa 1200 x 1900 mm und 800 x 1300 mm angeboten. Wir können Stahl mit Durchmessern von 5,5 mm bis 900 mm Ø verarbeiten.
Neben dem Edelbaustahl fertigen wir auch nichtrostenden Stahl und Werkzeugstahl, der sich in Grenzen ebenfalls nitrieren lässt.