kostenfreier Download - Konstruieren und Gießen

Grundlage der thermochemischen Härteverfahren ist die Diffusionsfähigkeit der Zusatzelemente,
die mit steigender Temperatur zunimmt. Während das Aufkohlen zur Beschleunigung
der Diffusion bei 880 bis 900 °C durchgeführt wird, wobei Verzug und
Veränderungen des Werkstoffgefüges eintreten können, geschieht das Nitrieren im Bereich
von 500 bis 580 °C und kann somit an praktisch fertig bearbeiteten Teilen und ohne
die Gefahr von maßlichen oder erheblichen Gefügeänderungen durchgeführt werden.
Bei kombinierter Zufuhr von Kohlenstoff und Stickstoff spricht man vom Carbonitrieren.
Von den thermochemischen Härteverfahren hat besonders das Nitrieren eine große
praktische Bedeutung in der Serienfertigung erlangt. Die nachfolgenden Hinweise beschränken
sich deshalb auf dieses Verfahren.
Nitrierhärten
Die stickstoffangereicherte Härteschicht setzt sich aus der nach außen gelegenen Verbindungszone
und der sich zum Kern hin anschließenden Diffusionszone zusammen. In
der sehr harten Verbindungszone ist die Stickstoffkonzentration verhältnismäßig hoch
(sie kann 8 bis 10 Gewichts-% betragen). Zur Diffusionszone hin nimmt der Stickstoffgehalt
steil ab, entsprechend vermindert sich der Härteverlauf.
Während die Verbindungszone wegen ihrer hohen Härte die Verschleißbeständigkeit
des Bauteils erhöht, bewirkt vorwiegend die Diffusionszone eine Steigerung der
Schwingfestigkeit.
Der Härteverlauf in der Randschicht wird vom Stickstoffgehalt bestimmt und die Härtesteigerung
sowohl durch gelöste Stickstoffatome als auch durch die Ausscheidung von
Nitriden bewirkt. Die Eindringtiefe des Stickstoffs hängt außer von der Behandlungszeit
und -temperatur auch von der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs, der Ausbildung
des Grundgefüges und vom Stickstoffangebot des Nitriermittels ab.
In unlegierte bzw. schwachlegierte Werkstoffe dringt Stickstoff schnell ein; daher baut
sich in der Randzone nur eine verhältnismäßig geringe Stickstoffkonzentration auf. Bei
legierten Werkstoffen — z. B. mit Kohlenstoff — diffundiert der Stickstoff nur langsam
ein unter Bildung eines Konzentrationsstaus in der Randzone, was zu der hohen Härteannahme
bei Temperguss führt.
Die Nitriertemperatur liegt unterhalb des eutektoiden Umwandlungsbereichs. Somit ist
eine weitgehend verzugsarme Nachbehandlung gewährleistet. Geringe maßliche Änderungen
können eintreten durch
werkstoffspezifische Ursachen (Graphitisierung, Umformen von lamellarem
in körnigen Zementit),
nitrierspezifische Ursachen (Aufwachsen einer Nitrierschicht).
Den Maßänderungen kann durch vorgegebenes Untermaß oder geringfügige nachträgliche
Korrektur des Profils begegnet werden.
Industriell werden heute verschiedene Nitrierverfahren mit gutem Erfolg angewendet.
Die Anwendung eines bestimmten Verfahrens hängt von seiner Wirtschaftlichkeit ab, d.
h. die geforderte Härte muss in möglichst kurzer Zeit mit geringstem Aufwand an Einrichtungen
und Härtemitteln sowie möglichst ohne nachträgliche Profilkorrekturen erzielt
werden.
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