Gasnitrieren

Gasnitrieren: Das Nitrieren von Stahl

Gasnitrieren ist eine Ofenbehandlung bei niedriger Temperatur mit einer Atmosphäre aus Ammoniak und ein bewährtes und verbreitetes Verfahren zur Erzeugung einer harten Oberfläche. Ziel ist ein Schutz gegen Verschleiß. Zudem kann die Festigkeit des Werkstoffs verbessert werden.

Gasnitrieren Verfahren

Nitrieren ist eine weitere Form der Oberflächenhärtung von Stählen. Es ist ein thermochemischer Prozess in einer stickstoffabgebenden Umgebung. In dieser Atmosphäre wird das Material auf eine Temperatur zwischen 475 und 550°C erhitzt. Das Material wird dann auf dieser Temperatur gehalten. Diese Nitrierzeit kann von wenigen Minuten bis zu 120 Stunden variieren. Schließlich wird das Material abgekühlt.

Die gewünschte Härte wird durch die Einlagerung von Nitriden in das Metallgewebe erzeugt. Je nach verwendetem Werkstoff können unterschiedliche Härtegrade erreicht werden.

Besondere Vorteile des Gasnitrierens

Niedrige Temperatur zwischen 475 °C bis 550°
Flexibel einsetzbar – Prozessdauer anpassbar entsprechend der Spezifikation der geforderten Endbauteileigenschaften
Umweltfreundlich im Vergleich zu alternativen Verfahren (z.B. Verchromen).
Sauber für das Bauteil, z.B. hinterlässt es keine starken Oberflächenverunreinigungen oder Rückstände.

Geeignete Werkstoffe für das Verfahren „Gasnitrieren“

Das Verfahren wird in der Regel an fertig bearbeiteten Bauteilen durchgeführt, die in vielen Fällen keine weiteren Arbeitsschritte vor der Montage erfordern.

Normalerweise wird Nitrieren nur auf legierten Stählen angewendet. Diese haben einen Kohlenstoffgehalt von 0,3 bis 0,4 %. Es ist auch möglich, Werkstoffe wie Edelstahl, Titan und Nickellegierungen zu nitrieren, jedoch ist die bevorzugte Nitriermethode für diese Werkstoffe das Plasmanitrieren.

Die entstehende Schicht ist relativ dünn, so dass Formänderungen durch Schleifen im Nachhinein nicht mehr verändert werden können. Allerdings sind die Formveränderungen beim Nitrieren vergleichsweise sehr gering. Durch vorheriges Spannungsarmglühen kann erreicht werden, dass das Material spannungsarm ist, was die Gefahr von Formveränderungen verringert.

Einige der Bauteile, die sich für das Nitrieren eignen, sind:

Wellen und Achsen: Gasnitrieren wird häufig für die Oberflächenhärtung von Wellen und Achsen verwendet, insbesondere solchen, die hohen Belastungen standhalten müssen, wie beispielsweise Antriebswellen in der Automobilindustrie.
Zahnräder: Zahnräder werden oft gasnitriert, um ihre Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Dies gilt insbesondere für Zahnräder in Getrieben, die hohen Belastungen und Reibung ausgesetzt sind.
Werkzeugstähle: Werkzeuge wie Formen, Matrizen und Schneidwerkzeuge können durch Gasnitrieren eine erhöhte Härte und Verschleißfestigkeit erhalten. Dadurch wird ihre Lebensdauer verlängert und die Qualität der bearbeiteten Werkstücke verbessert.
Kurbelwellen: Kurbelwellen in Verbrennungsmotoren werden oft gasnitriert, um ihre Oberflächenhärte zu erhöhen und somit die Lebensdauer des Motors zu verbessern.
Kolbenstangen: Gasnitrieren wird auch bei Kolbenstangen eingesetzt, um ihre Oberflächenhärte zu erhöhen und Verschleiß zu reduzieren.

Einsatz von Gasnitrieren in verschiedenen Branchen

Das Gasnitrieren erweist sich als äußerst vorteilhaft in diversen Branchen. In der Automobilindustrie optimiert es die Verschleißfestigkeit von Antriebswellen, Getriebekomponenten und Kurbelwellen, was zu einer spürbar längeren Lebensdauer der Bauteile führt. Ebenso ermöglicht das Gasnitrieren in der Werkzeugindustrie die Herstellung äußerst robuster und abriebfester Werkzeuge wie Formen, Matrizen und Schneidwerkzeuge. Zudem wird es in der Luft- und Raumfahrtindustrie genutzt, um die Oberflächenhärte von Bauteilen wie Kolbenstangen zu erhöhen und ihre Leistungsfähigkeit unter extremen Bedingungen zu verbessern. Durch das Gasnitrieren erlangen Bauteile in verschiedensten Bereichen eine erheblich gesteigerte Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

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Häufig gestellte Fragen zum Gasnitrieren

Was ist Gasnitrieren?

Ein thermochemischer Wärmebehandlungsprozess zur Verbesserung der Oberflächenqualität.

Welche Stähle eignen sich für das Gasnitrieren?

Sogenannte Nitrierstähle mit einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,3 bis 0,4 % und bestimmten Anteilen der Legierungselemente Aluminium und Chrom.

Gibt es Einschränkungen beim Gasnitrieren?

Höher legierte Stähle können in der Regel nicht gasnitriert, sondern müssen plasmanitriert werden. Zudem erreicht man eine Randschichtaufhärtung bis maximal 0,8 mm. Beim klassischen Einsatzhärten sind bis zu 10 mm möglich.

Gibt es alternative Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahl?

Das Einsatzhärten.

Wie lange dauert der Gasnitrierprozess?

Von 4 bis 100 Stunden, je nach Werkstoff und gewünschter Nitriertiefe.