Gasnitrieren und Gasnitrocarburieren

Konventionelles Gasnitrieren - Geregeltes Gasnitrieren - Gasnitrocarburieren

Durch die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten haben die Nitrier- und Nitrocarburierverfahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Im Vordergrund steht dabei die Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Bauteile und Werkzeuge durch eine Erhöhung der

  • Verschleißfestigkeit
  • Reib- und Gleiteigenschaften
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Oberflächenhärte
  • Dauerschwingfestigkeit

Durch eine stetige Weiterentwicklung der Verfahren und durch den Einsatz modernster Mess- und Regeltechnik konnte auch den steigenden Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Behandlungsergebnisse Rechnung getragen werden. Maßgebend für die erreichbaren Eigenschaftsänderungen ist der Werkstoff mit den nitridbildenden Legierungselementen, der Werkstoffzustand vor der Behandlung und die Verfahrensparameter Zeit, Temperatur und Gaszusammensetzung.

Beim konventionellen Gasnitrieren wird die Randschicht der Werkstücke mit Stickstoff angereichert. Die Gasatmosphäre besteht aus Ammoniak und die Behandlungstemperaturen liegen meist im niedrigen Temperaturbereich bei 500 bis 550 °C. Hierdurch wird eine hohe Oberflächenhärte und bei entsprechender Behandlungszeit eine vergleichsweise hohe Nitrierhärtetiefe erreicht. Der Aufbau und die Dicke der sogenannten äußeren Verbindungsschicht läßt sich hierbei nur in sehr engen Grenzen beeinflussen. Der Nitrierprozess wird selbstverständlich mittels Gasanalyse und Temperaturdokumentation überwacht.
Das geregelte Gasnitrieren wird vornehmlich durchgeführt, wenn eine ausgeprägte und dicke Verbindungsschicht sich störend auf die Gebrauchseigenschaften der behandelten Teile auswirken kann und die Schicht nach dem Nitrieren durch eine mechanische Bearbeitung, z.B. an Hinterschneidungen, nicht oder nur schwer zu entfernen ist.
Durch den Einsatz von Sensoren, einer Prozessregelung mit Nitrierkennzahlen und einer geregelten Zugabe von Spaltgas können besondere Anforderungen an die Behandlungsergebnisse erreicht werden.

Beim Gasnitrocarburieren wird die Randschicht mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Hierdurch wird die Struktur der äußeren Verbindungsschicht, d.h. die Nitridphasen beeinflußt und wesentliche Eigenschaftsänderungen gegenüber dem Nitrieren erzielt. So wird der Reibungskoeffizient deutlich erniedrigt und der Verschleißwiderstand gegen Adhäsion und Abrasion erhöht. Aus dem Aufbau der durch das Nitrocarburieren erzeugten Verbindungsschicht ergibt sich auch ein nachweislich günstigeres Verhalten bei einer Korrosionsbeanspruchung.

 

Weitere Varianten

Beim Oxinitrieren kann durch eine gezielte Entkohlung beim Nitrierprozess eine Verringerung der Carbidausscheidungen in der Diffusionsschicht bei chromlegierten Vergütungs- und Werkzeugstählen erreicht werden. Bei diesem Verfahren ist jedoch eine Abstimmung der Prozessparameter auf den Werkstoff und die Chargengröße unbedingt erforderlich.

Durch ein Nachoxidieren nach dem Nitrocarburieren wird eine weitere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erreicht.

 

Unsere Anlagen

Bei unseren Gasnitrier- und Nitrocarburieranlagen handelt es sich um horizontale Retortenöfen mit Abkühlung unter Schutz- oder Prozessgas. Zum Anlagenumfang gehört ein automatisches Gasversorgungssystem und die je nach Anforderung ausgelegten Prozessregelungen.

Behandlungsart Max. Abmessungen B x H x L (mm) Chargengewicht (kg)
Gasnitrieren 600 x 600 x 1200 600
  900 x 900 x 1500 1500
Gasnitrocarburieren 900 x 900 x 1500 1000

Der Wärmebehandlungsablauf

Unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse des Gases in der Ofenanlage sowie der Bauteilgeometrie wird die Wärmebehandlungscharge aufgebaut. Hierdurch kann die Gleichmäßigkeit der Wärmebehandlungsergebnisse, z.B. die Verbindungsschichtdicke optimiert und der Verzug der Teile minimiert werden.

Je nach Variante des Gasnitrier- oder Gasnitrocarburierverfahrens wird die Behandlungstemperatur, die Behandlungszeit und die Zusammensetzung des Prozessgases, z.B. über die sogenannte Nitrierkennzahl, auf die angestrebten Kenngrößen abgestimmt und dem Programmregler vorgegeben.

Die Parameter werden während des Prozesses überwacht, geregelt und dokumentiert.

Neben der Prozessdokumentation kann jede Nitrier- oder Nitrocarburiercharge zusätzlich noch hinsichtlich der maßgebenden Zielgrößen – Oberflächenhärte, Nitrierhärtetiefe und/oder Verbindungsschichtdicke – untersucht werden. Je
nach Stückzahl der behandelten Teile und Werkstückgröße kann die Prüfung am Teil selbst oder an einer mitgelieferten Probe durchgeführt werden. Die Probe sollte aus dem gleichen Werkstoff im entsprechenden Ausgangs- oder Vergütungszustand vorliegen.