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Nitrieren

Das Nitrieren ist ein thermochemisches Verfahren zum Anreichern der Randschicht eines Werkstückes oder Bauteiles
mit Stickstoff. Bei den Verfahren kann zwischen Gas- und Plasmanitrierverfahren unterschieden werden. Wird zusätzlich
Kohlenstoff zugegeben, spricht man vom 
Nitrocarburieren

Verfahren zum Nitrieren

Übersicht über die derzeit industriell angewendeten Verfahren zum Nitrieren und Nitrocarburieren /1/

Spezifische Vor-und Nachteile der einzelnen Verfahren /1/

Gasnitrieren/-nitrocarburieren

Vorteile:
- Verfahrenstechnische Vielfalt zur Erzeugung  eines beanspruchungsgerechten
  Nitrierschichtaufbaus (Struktur und Dicke von  VS sowie Nht)

- Qualitätssicherung im Sinne der Erfüllung von Vorgaben für den Schichtaufbau
  durch einen prozeßüberwachten Verfahrensablauf

- Gestaltungsmöglichkeiten für spezielle Verfahrensabläufe (beispielsweise 
  das Oxi-Nitrocarburieren zur Behandlung passivierter Oberflächen

- Integration von Prozessabschnitten (Vor- und Nachbehandlung) in den
  Verfahrensablauf  (z.B. Voroxidation, Nachoxidation)

- Anlagentechnische Breite zur Behandlung von Bauteilen und Werkzeugen mit
  unterschiedlichster Geometrie und Masse (Großteile/ Kleinteile)

- Wahlweise Beheizung der Öfen mit Gas oder Elektroenergie
- Integrationsfähigkeit der Anlagen mit vorzugsweise horizontaler Chargier-
  weise in automatisierte Behandlungslinien

- Anpassung der Begasungsart an die vor Ort gegebenen Voraussetzungen
  für die Medienbereitstellung (Generator, Endexoretorte, synthetische Gas-
  mischungen, Stickstofftank)

- Umweltgerechte Medienentsorgung mit thermischer Nachverbrennung
- Nutzung einer Vielzahl von Möglichkeiten für eine bauteilangepaßte
  Lagerung der Teile während der Nitrierbehandlung

- Vorteil zur Behandlung von Schüttgut
- Lokales Nitrieren/ Nitrocarburieren durch das teilweise Aufbringen von
  Abdeckmitteln

- Nur geringfügige Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit

Nachteile:
- Erforderlicher Medienverbrauch (min. zweifacher Gasdurchsatz)
- Durch die Verwendung von brennbaren Gasen sind die erforderlichen
  Maßnahmen für einen sicheren Ofenbetrieb einzuhalten

- Bereitstellung von gut gereinigtenTeilen
- Beachtung von Passivitätserscheinungen an der Teileoberfläche
  infolge der Art der mechanischen Bearbeitung

- Vermeidung des Austritts von Ammoniak aus Sicherheits- und
  Gesundheitsgründen (MAK- Wert)                   



Plasmanitrieren/ -nitrocarburieren

Vorteile:
- Partielle Behandlungen eröffnen dem Konstrukteur wesentliche
  Möglichkeiten für  Verbundkonstruktionen (dabei kann auf Pasten wie
  beim Gasnitrieren verzichtet werden)

- Sehr gute Optimierungsmöglichkeiten des Schichtaufbaus hinsichtlich
  der Beanspruchung (z.B. dünne Verbindungsschichten bei großer Nitrierhärtetiefe)

- Nitrieren auch bei Temperaturen unter 400 °C möglich
- Sehr gute Reproduzierbarkeit und enge Toleranzen im Behandlungsergebnis
- Geringer Medienverbrauch (Liter pro Stunde) 
- Umweltfreundlichkeit
- Keine Einschränkung hinsichtlich der Behandelbarkeit nitrierbarer Werkstoffe
- Geringere Rauhigkeiten im Vergleich zur Behandlung im Salzbad und Gas
- Sehr gute Integrierbarkeit (Eine Plasmaanlage kann direkt in die Fertigungslinie
  gestellt   werden)

- Prozesskombinationen in einer Anlage, z.B. Nitrieren und Beschichten oder 
  Nitrieren und Oxidieren

- Bei Sinterteilen ist nach einer Behandlung im Plasma mit der besten Maß-
  und Formbeständigkeit zu rechnen. Zusätzlich können beim Plasmanitrieren
  während der Aufheizphase Reste von  Kalibriermitteln sicher entfernt werden.


Nachteile:
- Plasmaprozesse erfordern, bis auf wenige Ausnahmen, ein definiertes Chargieren
  der  zu behandelnden Teile

- Da das Plasma nicht in Spalte kleiner 0,6 - 0,8 mm eindringt, ist die Behandlung von
  Schüttgut nicht möglich.

weitere Information: http://www.plasmanitrieren.de
und http://www.pulsplasmanitrieren.de




Salzbadnitrocarburieren


Vorteile:
- Hohe Reproduzierbarkeit und geringe Streuung der Behandlungsergebnisse
  innerhalb der Charge

- Schnelle und gleichmäßige Wärmeübertragung
- Homogenes und sehr großes Stickstoffangebot in der gesamten Schmelze
- Hoher ε-Nitrid-Anteil in der Verbindungsschicht
- Ausgezeichneter Korrosionsschutz nach oxidierendem Abkühlen
- Sehr robuster, wenig störanfälliger Prozess
- Nur wenige Prozessparameter sind zu beachten
- Alle Stähle und Gusseisen können behandelt werden
- Keine aufwendige Vorreinigung erforderlich
- Chargenaufbau hat nur geringe Auswirkungen auf das Behandlungsergebnis
- Hohe Chargierdichte möglich
- Sehr kurze Behandlungs- (1-2 h) bzw. Durchlaufdauer (3-4 h)
- Einsatz verschiedener Abkühlmedien von schroff bis mild möglich
- Einfache, automatisierbare Verfahrenstechnik
- Bei Integration in die Fertigung sind nur kleine Pufferkapazitäten erforderlich
- Gute Rentabilität durch Flexibilität und mäßige Investitionskosten
- Modularer Anlagenaufbau erlaubt einfache Kapazitätserweiterung

Nachteile:
- Partielle Behandlungen nur eingeschränkt möglich, da keine Isoliermittel gegen
  die Stickstoffaufnahme in den Salzschmelzen einsetzbar sind

- Nicht einsetzbar zum reinen Nitrieren ohne Kohlenstoffdiffusion
- Verhältnis Verbindungsschichtdicke zu Diffusionstiefe nur eingeschränkt variabel
- Hoher Salzaustrag bei stark schöpfenden Teilen
- Erhöhter Nachreinigungsaufwand bei tiefen Sacklochbohrungen


/1/ Liedtke, Dieter:
Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, II:
Unt. Mitarb. v. 6 Ko-Aut. 4., durchges. Aufl. 2007, ca. 340 S., 241 Abb., 28 Tab. (K&S, 686) Kt.
57,00 €, 94,50 CHF
Expertvelag
ISBN-13: 978-3-8169-2724-2

Inhalt: Entstehung, Aufbau und Gefüge von Nitrierschichten – Eigenschaften – Vorbehandeln und
Vorbereiten der Werkstücke – Gasnitrieren und Gasnitrocarburieren – Plasmanitrieren und
-nitrocarburieren – Salzbadnitrocarburieren – Sonderverfahren zum Nitrieren/Nitrocarburieren –
Nachbehandlung – Hinweise zur Werkstoff- und Verfahrensauswahl – Nitrierte und nitrocarburierte
Werkstücke: Darstellung und Angaben in Zeichnungen und anderen Fertigungsunterlagen –
Prüfen nitrierter/nitrocarburierter Werkstücke


Ko-Autoren: H.J. Spies, W.Lerche, U.Huchel, H. Klümper-Westkamp, J.Boßlet und U.Baudis


Weitere Informationen zu den Eigenschaften und zum Einsatz
nitrierter Randschichten: http://www.nitrierpraxis.de