Gasnitreren
Het nitreren van staal
Gasnitreren is een thermochemische oppervlaktebehandeling die wordt toegepast op staal met als doel het oppervlak te verharden om de slijtvastheid, corrosiebestendigheid en vermoeiingsweerstand aanzienlijk te verbeteren. Gasniteren is bijzonder geschikt voor producten die aan een hoge oppervlakte belasting worden blootgesteld. Plaatselijk behandelen is ook mogelijk.
Het proces vindt op een relatief lage temperatuur plaats en mede daardoor zijn er in veel toepassingen geen nabewerkingen meer nodig. Er bestaan verschillende nitreringsprocessen om een harde, slijtvaste laag op staal te creëren. Gasnitreren is er een van, maar er zijn ook alternatieven.
gas nitreren | het proces
Gasnitreren is een proces waarbij stikstof door diffusie wordt ingebracht in het oppervlak van het staal. Dit gebeurt in een oven door het verwarmen (bij temperaturen tussen 475°C en 550°C) onder een atmosfeer met ammoniakgas (NH₃).
Het materiaal wordt vervolgens gedurende een bepaalde tijd op deze temperatuur gehouden. Deze nitreertijd kan variëren van enkele uren tot wel 120 uur. De ontstane nitreerlaag in het metaalrooster is een verbinding van de N-atomen met het ijzer en de daar aanwezige legeringselementen. De gewenste hardheid wordt bepaald door de gekozen materiaalsoort en de mate waarin daar de vorming van deze zogeheten nitriden gegenereerd kan worden. Er wordt een zogenaamde nitreerlaag gevormd die bestaat uit een verbindingslaag (ook wel de witte laag genoemd). Deze is zeer hard (kan ook enigszins bros zijn) en een diffusiezone. Deze is iets lager in hardheid, maar zorgt juist voor de sterkte en ook “ondersteuning van de verbindingslaag.
Het oppervlak bereikt hardheden die oplopen tot wel 1200 HV1. Ook de te bereiken nitreerdieptes zijn naast het gekozen nitreerproces ook materiaal afhankelijk. Doorgaans kunnen dieptes bereikt worden variërend van 0,1-0,8 mm diep.
toepassingsgebieden
Voorbeelden van componenten waarbij vaak gekozen wordt voor het nitreren zijn:
- Assen: gasnitreren wordt vaak gebruikt voor het oppervlakteharden van diverse soorten assen, vooral die bestand moeten zijn tegen hoge belastingen, zoals bijvoorbeeld aandrijfassen in de auto-industrie.
- Tandwielen: Tandwielen worden vaak genitreerd om hun slijtvastheid en duurzaamheid te verbeteren. Dit geldt met name voor tandwielen in tandwielkasten die worden blootgesteld aan hoge belastingen en wrijving.
- Gereedschapsstaal: gereedschappen zoals mallen, matrijzen en snijgereedschappen kunnen door gasnitreren een verhoogde hardheid en slijtvastheid krijgen. Dit verlengt hun levensduur en verbetert de kwaliteit van de bewerkte werkstukken.
- Krukassen: krukassen in verbrandingsmotoren worden vaak genitreerd om hun oppervlaktehardheid te verhogen en zo de levensduur van de motor te verlengen.
- Zuigerstangen: gasnitreren wordt ook gebruikt op zuigerstangen om de oppervlaktehardheid te verhogen en slijtage te verminderen.
sectoren/industrieën
Het gebruik van gasgenitritreerde componenten vind je in heel veel verschillende industrieën. Enkele voorbeelden zijn:
- In de auto-industrie optimaliseert gasnitreren de slijtvastheid van aandrijfassen, transmissiecomponenten en krukassen, wat resulteert in een merkbaar langere levensduur van de componenten.
- Gasnitreren in de gereedschapsindustrie maakt de productie mogelijk van extreem robuuste en slijtvaste gereedschappen zoals mallen, matrijzen en snijgereedschappen.
- In de lucht- en ruimtevaartindustrie gebruikt men nitreren om de oppervlaktehardheid van componenten zoals zuigerstangen en pistons te verhogen en hun prestaties onder extreme omstandigheden te verbeteren.
voordelen van het gasnitreren
Gasnitreren verhoogt de prestaties, betrouwbaarheid en levensduur van componenten aanzienlijk
- Hogere buigsterkte en vermoeiingssterkte
- Betere slijtage- en schuurweerstand
- Lagere wrijvingscoëfficiënt
- Hoge temperatuurbestendigheid
- Betrouwbaar reproduceerbare resultaten
- Gedeeltelijk behandelen is mogelijk
- Lage temperatuurproces, weinig vervorming bespaart nabewerking
- Milieuvriendelijk in vergelijking met andere processen (bijv. verchromen) van onderdelen
geschikte materialen en resultaat
Wanneer is een materiaal geschikt voor het nitreren: In principe is elk staalsoort te nitreren. Echter, om serieuze hoge hardheden te bereiken dient het gelegeerd te zijn met elementen die stikstofabsorptie bevorderen, zoals:
- Chroom
- Vanadium
- Molybdeen
- Titanium
- Aluminium
Deze elementen zorgen voor de vorming van harde tot extra nitriden in het oppervlak.
Verder is het afhankelijk van het toepassingsgebied belangrijk dat de kern taai blijft, maar ook soms een zekere vooraf aangebrachte hardheid/sterkte moet hebben, om voldoende sterk te zijn om vervorming onder belasting te voorkomen.
Eventueel vooraf spanning arm gloeien kan ervoor zorgen dat het materiaal spanningsarm is, wat het risico op vormveranderingen verkleint.
Let op: zeer hooggelegeerde materialen met een hoog gehalte aan chroom (Cr) en nikkel (Ni), zoals titanium, roestvast staal (RVS) of Ni-basislegeringen, zijn niet geschikt voor behandeling via gasnitreren. Voor deze materialen moet gekozen worden voor alternatieve processen, zoals plasma nitreren of het gespecialiseerde Stainihard®‑proces.
certificeringen
Gecertificeerd volgens DIN EN ISO 9001:2015, VDA 6.1:2016 en ISO 13485:2016.
milieu en omgeving
Aalberts surface technologies streeft ernaar zo milieu- en omgevingsvriendelijk mogelijk te produceren. Ook bij het gasnitreren is er sprake van een milieuvriendelijk proces en gaan producten langer mee, langere standtijd, zodat deze minder vaak vervangen hoeven te worden.
We zijn trots op het ontvangen van de EcoVadis Medal, die onze toewijding aan verantwoordelijkheid voor mensen, het milieu en onze klanten en leveranciers in de hele waardeketen bevestigt.
veelgestelde vragen over gasnitreren
Wat is gasnitreren?
Gasnitreren is een thermochemische oppervlaktebehandeling die wordt toegepast op staal, met als doel het oppervlak te verharden om de slijtvastheid, corrosiebestendigheid en vermoeiingsweerstand aanzienlijk te verbeteren.
Welke staalsoorten zijn geschikt voor gasnitreren?
Veel staalsoorten zijn geschikt voor nitreren. Het beste resultaat krijg je met nitreerstaal met een koolstofgehalte tussen 0,3 en 0,4 % en een bepaald aandeel van de legeringselementen: aluminium en chroom.
Zijn er beperkingen op gasnitreren?
De te bereiken nitreerdiepte beperkt zich tot maximaal 0,6-0,8 mm, terwijl bijvoorbeeld carboneerbehandelingen beduidend diepere lagen kunnen creëren.
En verder kunnen staalsoorten met een hogere legering niet worden genitreerd; deze zijn wel te behandelen met plasma-nitreren en/of het Stainihard®-proces.
Zijn er alternatieve processen voor het oppervlakteharden van staal?
Ja, dat zijn het inzetharden, ook wel carboneren genoemd, en inductieharden.
Hoe lang duurt het gasnitreerproces?
Afhankelijk van het materiaal en de gewenste nitreerdiepte tussen de 4 en 100 uur.
