Nitrieren und metallurgisches Verhalten
Gasnitrieren ist eine Form der Wärmebehandlung von Stahl, bei der Wärme verwendet wird, um stickstoffreiches Gas auf die Oberfläche des Metalls zu diffundieren, um es zu härten. Die Nitrierhärtung geht in das Grundmaterial über, so dass der Teil des Metalls unterhalb der Oberflächenschicht weich bleibt.
Ammoniak ist das am häufigsten verwendete Gas, das sich in Stickstoff und Wasserstoff aufspaltet, wenn es mit dem Metall in Kontakt kommt. Nur der Stickstoff diffundiert an die Oberfläche und bildet die Nitridschicht. Abschreckmethoden (z. B. Ölabschreckung) sind nicht erforderlich, und die Kerneigenschaften des Metalls werden nicht beeinträchtigt.
Gas- vs. Flüssignitrieren
Beim Gasnitrieren wird das Gas durch Hitze in einem Ofen oder einer geschlossenen Atmosphäre auf das Metall verteilt. Beim Flüssignitrieren wird ein Cyanidsalzgemisch in einem Bad verwendet.
Der Wärmebedarf ist beim Flüssignitrieren geringer als beim Gasverfahren, und die gehärtete Verbindung auf der Oberfläche des Bauteils ist dicker.
Das Verfahren ist einfach und die Bearbeitungszeit ist kürzer als beim Gasverfahren, aber die zurückbleibenden Salze sind hochgiftig. Beim gasbasierten Verfahren ist die Entsorgung des Nitriermittels einfacher.
Nitrieren vs. Aufkohlen
Das Aufkohlen ähnelt dem Gasnitrieren insofern, als es ein hitzebasiertes Verfahren ist, das eine verschleißfeste, verschleißfeste Oberfläche erzeugt. Anstelle von Stickstoff ist die Basis Kohlenstoff. Abschrecken und Anlassen können erforderlich sein, um den Verzug zu minimieren, da während des Härteprozesses Gefügeveränderungen auftreten. Die beim Nitrierhärten gebildete Hülse ist nicht so dick wie beim Aufkohlen.
Vorteile des Gasnitrierens
- Im Vergleich zu anderen Hülsenanwendungen sind die Kosten gering. Der Prozess läuft mit einem Minimum an Überwachung, die nachbearbeiteten Komponenten sind maßhaltig, und es ist nur eine sehr geringe oder gar keine Nachbehandlung erforderlich.
- Keine oder nur minimale Verformung der Teile, was eine präzise Maßkontrolle ermöglicht
- Hochvolumig. Die Ofengröße ist der primär begrenzende Faktor.
- Verschleißfest und korrosionsbeständig.
– Erhöhte Ermüdungsfestigkeit - Die Gasdurchflussrate kann genau gesteuert werden, und die Teile können maskiert werden, wodurch das Härten in einigen Bereichen verhindert wird. Dies ermöglicht eine Nachbearbeitung der Teile.
- Saubere Teile werden hergestellt, ohne die Rückstände, die bei Salzbädern, Aufkohlung und
- anderen Verfahren entstehen.
Best Use Applications
Die Vereinigten Staaten begannen mit der Entwicklung von Nitrierverfahren in den frühen 1900er Jahren, aber es gab wenig Interesse für industrielle Anwendungen bis nach dem Zweiten Weltkrieg. Bei Anwendungen, die eine verbesserte Dauerfestigkeit und Präzision erfordern, wie z.B. bei Extrusionsschnecken und Präzisionszahnrädern, ist das Gasnitrierverfahren am besten geeignet.
Hochbeanspruchte Maschinenteile und niedrig legierte Stähle profitieren ebenfalls von der mit diesem Verfahren erreichten Haltbarkeit. Werkzeuge aus kohlenstoffarmen Stählen können ohne diese Anwendung schneller als erwartet korrodieren. Automobilteile wie Kurbelwellen, Ventilteile und Federn können ein Maß an Verformbarkeit beibehalten, das Rissbildung unter extremen Bedingungen verhindert.
Aufgrund seiner verbesserten Korrosionsbeständigkeit und seiner Anti-Galling-Eigenschaften ist es ein Hauptverfahren, das bei Flugzeugteilen eingesetzt wird, von Kolben, Stangen und Abstandshaltern bis hin zu Wellenzapfen, Muttern und Bolzen.
Nitridhärteverfahren
Das Nitridhärteverfahren wird wegen seiner Gleiteigenschaften, die Schrammen und Dellen verhindern, bei den Hauptkomponenten von Baumaschinen eingesetzt. Die Verfeinerung des Prozesses durch das Verständnis der beteiligten Kinetik hat dazu geführt, dass eine dickere gehärtete Schicht erreicht und ein breiteres Spektrum von Anwendungen erforscht werden konnte.
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