Nitrocarburieren im Salzbad nach dem Teniferverfahren

Erhöhung der Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Dauerschwingfestigkeit , Oberflächenhärte und Verbesserung der Reib- und Gleiteigenschaften

Das Nitrocarburieren im Salzbad nach dem Teniferverfahren hat sich seit vielen Jahren für die verschiedensten Anwendungsfälle bewährt und wurde im Verlauf seiner Entwicklung auch hinsichtlich Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit unter der Bezeichnung TF 1 verbessert.

Die Vorteile gegenüber anderen Verfahren wie z.B. den Gasverfahren liegen in der Flexibilität und Anlagenverfügbarkeit sowie den vergleichsweise kurzen Prozesszeiten. Zudem zeichnet sich das Nitrocarburieren im Salzbad durch eine weitgehende Unempfindlichkeit hinsichtlich eventuell auf den Teilen vorhandener Passivschichten aus. Diese insbesondere bei chromlegierten Stählen vorhandenen Schichten können das Nitrocarburieren teilweise oder ganz behindern.

Wie bei allen Nitrocarburierverfahren steht auch beim Teniferverfahren die Bildung einer stickstoffreichen und kohlenstoffhaltigen Verbindungsschicht im Vordergrund des Prozesses. Die Ausbildung und die Struktur der Verbindungsschicht ist wesentlich abhängig von dem verwendeten Grundwerkstoff. Aus dem nichtmetallischen Charakter dieser Schicht ergeben sich die Eigenschaftsverbesserungen. So wird der Widerstand gegen Adhäsions- und Abrasionsverschleiß erhöht sowie die Gleiteigenschaften und das Korrosionsverhalten positiv beeinflußt.

Unterhalb der Verbindungsschicht, die üblicherweise je nach Werkstoff und Behandlungszeit eine Dicke von maximal 25 bis 30 µm erreicht, liegt noch die sogenannte Diffusionsschicht. Der von der Salzschmelze abgegebene Stickstoff diffundiert weiter in das Bauteil ein und bildet, sofern es sich um legierte Stähle handelt, die harten Nitride in der Diffusionsschicht. Somit wird die erreichbare Härte der nitrocarburierten Werkstoffe in erster Linie von dem Gehalt an nitridbildenden Legierungselementen (Cr, Mo, Al, V, Ti, W) bestimmt.

Die übliche Behandlungstemperatur beim Nitrocarburieren im Salzbad nach dem Teniferverfahren TF 1 liegt bei 580 °C. Für spezielle Anwendungen kann in bestimmten Fällen auch eine hiervon abweichende Temperatur im Bereich 560 °C bis 620 °C gewählt werden. Die Nitrocarburierzeiten liegen je nach Vorgaben zwischen wenigen Minuten, z.B. bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl und bei mehreren Stunden, z.B. bei Bauteilen aus Gusseisen.

 

Einige Beispiele für Werkstoffe, Eigenschaften und Anwendungen

Unlegierte Stähle

Bei den unlegierten Stählen wird – bezogen auf die gleichen Behandlungsparameter – die stärkste Verbindungsschichtdicke und die höchste Nitriertiefe erreicht. Die Härtesteigerungen sind dagegen wegen der fehlenden Nitridbildner gering. Es werden nur Härtewerte in der Größenordnung von 300 bis 400 HV erreicht.

Die gebildete nichtmetallische Verbindungsschicht bewirkt jedoch auch bei diesen Werkstoffen besondere Eigenschaftsverbesserungen, wie eine deutliche Erhöhung der Verschleißfestigkeit, eine Verbesserung der Gleiteigenschaften und des Reibwertes sowie die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit. Hierdurch haben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten im Maschinen- und Gerätebau, im Fahrzeugbau und in der Feinwerktechnik ergeben.

Legierte Einsatz- und Vergütungsstähle

Durch die Legierungselemente und Nitridbildner wie Chrom, Molybdän und Vanadin wird durch das Nitrocarburieren auch eine signifikante Härtesteigerung ermöglicht. Bei den legierten Vergütungsstählen wird eine Oberflächenhärte von 500 bis 650 HV und bei den legierten Einsatzstählen eine Härte von 600 bis 700 HV erreicht. Hierdurch werden auch die Werte für die Dauerfestigkeit und die Schwingfestigkeit deutlich erhöht.

Insbesondere im Maschinenbau und der Automobilindustrie werden die verschiedensten hochbelasteten Bauteile aus Vergütungsstählen nitrocarburiert. Die Anwendung für Zahnräder wird auf eine nicht zu hohe Belastbarkeit der Zahnflanken begrenzt.

Oxidierende Nachbehandlung

Durch ein Nachoxidieren der Werkstücke in einer Salzschmelze nach der Teniferbehandlung wird eine weitere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erreicht. Voraussetzung ist jedoch stets eine zuvor beim Nitrocarburieren gebildete Verbindungsschicht mit einem ausreichend kompakten Aufbau dieser Schicht.

Legierte Werkzeugstähle und hochlegierte Stähle für Sonderzwecke

Die legierten Werkzeugstähle werden im gehärteten und hoch angelassenen Zustand nitrocarburiert, um der sehr harten Randschicht eine gewisse Stützwirkung durch das Grundgefüge zu geben. Bei den Warmarbeitsstählen wird durch die Nitrocarburierbehandlung eine Härte von ca. 900 HV und bei den ledeburitischen Kaltarbeitsstählen eine Härte von ca. 1000 HV erreicht. Die Härte bei den Schnellarbeitsstählen und bei den hochlegierten Stählen für Ventile liegt bei 1200 bis 1400 HV. Die Dicke der Verbindungsschicht – falls überhaupt gefordert – liegt nur im Bereich von max. 5 bis 10 µm Stärke. Bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl wird in den meisten Fällen die Behandlungszeit so kurz gehalten, daß sich keine Verbindungsschicht bilden kann. Eingelagert in der Diffusionsschicht der Werkzeugstähle sind die ebenfalls sehr harten Primärcarbide des Grundwerkstoffes.

Die zahlreichen Anwendungen für das Nitrocarburieren dieser Werkstoffe haben in erster Linie das Ziel, die Verschleißfestigkeit der Werkzeuge und Bauteile erheblich zu steigern. Die Behandlungsparameter müssen jedoch immer auf den Werkstoff und den Anwendungsfall abgestimmt werden.

Rost- und säurebeständige Stähle

Bei dieser Stahlgruppe sind hinsichtlich der Nitrocarburierergebnisse und den resultierenden Eigenschaften einige Besonderheiten zu beachten.

Die ferritischen und martensitischen Stähle dieser Gruppe, wie z.B. Werkstoff 1.4016 oder 1.4034, bilden beim Salzbadnitrocarburieren eine dünne Verbindungsschicht mit einer Dicke bis 5 μm. Ist diese Verbindungsschicht weitgehend kompakt ausgebildet, dann wird eine Korrosionsbeständigkeit ungefähr in der Höhe des Ausgangszustandes erreicht. Die Oberflächenhärte liegt zwischen 800 und 1000 HV.

Bei den austenitischen Stählen, wie z.B. bei dem Werkstoff 1.4305, wird durch eine Nitrocarburierbehandlung keine Verbindungsschicht in der äußeren Randschicht gebildet, sondern nur eine sehr harte Diffusionsschicht. Die Oberflächenhärte liegt bei 1000 bis 1200 HV und die Nitrierhärtetiefe erreicht Werte bei üblichen Behandlungszeiten zwischen 20 und 50 μm.

Der beim Nitrocarburieren eindiffundierende Stickstoff bildet mit dem Chromgehalt des Grundgefüges Nitride. Hierdurch stehen die abgebundenen Chromanteile für die Korrosionsbeständigkeit nicht mehr zur Verfügung und durch das gleichzeitige Fehlen der Verbindungsschicht wird die Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem unbehandelten Ausgangszustand herabgesetzt. Auch eine oxidierende Nachbehandlung ergibt bei diesen Werkstoffen keine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.

Anwendungsgebiete für das Nitrocarburieren im Salzbad dieser Stahlqualitäten sind Hydraulikteile, verschleißbeanspruchte Pumpenteile, Extruder, Stanz- und Biegeteile für den Maschinenbau sowie hochbelastete Serienteile für die Automobilindustrie mit besonderen Anforderungen hinsichtlich der Gleiteigenschaften.

 

Unsere Anlagen

Derzeit stehen uns 3 Salzbadtiegelöfen für die Teniferbehandlung zur Verfügung. Die Abkühlung der Werkstücke von Behandlungstemperatur erfolgt je nach Werkstoff entweder in Wasser, in Öl oder unter Schutzgas Stickstoff. Zum Anlagenumfang gehört außerdem noch eine Reinigungsanlage mit Kaskadentechnik und ein Oxidiersalzbad für eine optionale Nachoxidation.

Behandlungsart Max. Abmessungen (mm) Chargengewicht (kg)
Nitrocarburieren im Salzbad
Teniferbehandlung
Ø 720 x 1050 600
Ø 720 x 1400 1000