Wärmebehandlung
Was ist Nitrieren — und wie hart wird die Oberfläche?
Beim Nitrieren diffundiert Stickstoff bei etwa 500 bis 580 °C in die Randschicht und bildet dort harte Nitride. Abgeschreckt wird nicht, der Verzug bleibt deshalb gering. Die Oberflächenhärte reicht je nach Werkstoff von rund 250 HV bei unlegiertem Baustahl bis über 1.000 HV bei aluminiumlegierten Nitrierstählen.
Passende Leistungen
Verbindungsschicht und Diffusionsschicht
Nitrieren erzeugt zwei Zonen. Ganz außen entsteht die Verbindungsschicht aus Eisennitriden, oft nur wenige Mikrometer dick. Sie ist sehr hart, chemisch beständig und verringert Verschleiß und Fressneigung. Darunter liegt die Diffusionsschicht, in der gelöster Stickstoff und feine Nitride die Härte und vor allem die Dauerfestigkeit anheben.
Verbreitet sind Gasnitrieren bei rund 500 bis 525 °C mit Behandlungszeiten von einigen bis vielen Stunden, Plasmanitrieren im Niederdruckplasma sowie Nitrocarburieren bei etwa 560 bis 580 °C, bei dem zusätzlich Kohlenstoff eingebracht wird. Eine anschließende Oxidation färbt die Oberfläche schwarz und verbessert den Korrosionsschutz.
Erreichbare Härte hängt am Werkstoff
Anders als beim Einsatzhärten entsteht die Härte nicht aus Martensit, sondern aus Nitriden. Deshalb entscheidet, wie viele nitridbildende Legierungselemente — Aluminium, Chrom, Molybdän, Vanadium — der Stahl enthält:
| Werkstoffgruppe | Oberflächenhärte, Anhaltswerte |
|---|---|
| Unlegierte Bau- und Vergütungsstähle wie S235JR, C45 | etwa 250 bis 400 HV |
| Legierte Vergütungsstähle wie 42CrMo4 | etwa 550 bis 700 HV |
| Nitrierstähle wie 31CrMoV9 | etwa 700 bis 850 HV |
| Aluminiumlegierte Nitrierstähle wie 34CrAlNi7 | etwa 900 bis 1.050 HV |
| Werkzeugstähle wie 1.2344, 1.2379 | etwa 800 bis 1.100 HV |
Die Nitrierhärtetiefe liegt verfahrensabhängig meist zwischen 0,1 und 0,8 Millimetern. Sie ist damit deutlich flacher als beim Einsatzhärten und wird nach DIN 50190-3 dort gemessen, wo die Härte 50 HV über der Kernhärte liegt.
Stärken und Grenzen in der Praxis
Weil unterhalb der Umwandlungstemperatur behandelt und nicht abgeschreckt wird, bleiben Maß- und Formänderungen klein. Bauteile lassen sich deshalb weitgehend fertig bearbeiten und erst danach nitrieren. Nitrierte Randschichten bleiben bis in den Bereich um 500 °C hart und verbessern zusätzlich die Beständigkeit gegen Anfressen.
Grenzen setzt die geringe Schichttiefe: Bei hoher Flächenpressung kann die harte Schicht eintrümmern, wenn der Untergrund nachgibt. Nitriert wird deshalb bevorzugt auf vergütetem Untergrund, dessen Anlasstemperatur über der Nitriertemperatur liegen muss. Nachträgliches Schleifen trägt die dünne Verbindungsschicht schnell ab. Nitrieren führen spezialisierte Härtereien durch.
Das Wichtigste in Kürze
- Nitrieren läuft bei 500 bis 580 °C ohne Abschrecken — der Verzug bleibt gering.
- Die Härte kommt aus Nitriden; ohne Chrom, Aluminium oder Molybdän bleibt sie niedrig.
- Nitrierhärtetiefen liegen meist zwischen 0,1 und 0,8 Millimetern.
- Der Untergrund muss tragen: vergüten mit Anlasstemperatur oberhalb der Nitriertemperatur.
Weitere Fragen dazu
Kann nichtrostender Stahl nitriert werden?
Technisch ja, es sind sehr hohe Randhärten erreichbar. Der Stickstoff bindet dabei allerdings Chrom, sodass die Korrosionsbeständigkeit sinken kann. Für solche Fälle gibt es Niedertemperaturverfahren, die den Chromgehalt weitgehend in Lösung halten und deshalb vorab abgestimmt werden sollten.
Was ist der Unterschied zwischen Nitrieren und Nitrocarburieren?
Beim Nitrieren diffundiert im Wesentlichen Stickstoff ein, beim Nitrocarburieren zusätzlich Kohlenstoff. Nitrocarburieren läuft bei etwas höherer Temperatur und deutlich kürzer ab und erzeugt vor allem eine geschlossene Verbindungsschicht. Es ist damit die günstigere Wahl, wenn Verschleißschutz und Fressbeständigkeit im Vordergrund stehen.
Muss die Verbindungsschicht immer erhalten bleiben?
Nein, das hängt von der Funktion ab. Für Gleit- und Verschleißflächen ist sie erwünscht, für dynamisch hoch beanspruchte Teile wird sie dagegen manchmal gezielt entfernt, weil sie spröde ist. Die Vorgabe gehört deshalb ausdrücklich in die Härtevorschrift.
Verwandte Fragen
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