Eigenschaften nitrierter/nitrocarburierter Bauteile und deren Beeinflussung durch Prozessführung

Studienarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Werkstoffkunde, Note: 1,3, Universität Bremen (4, Produktionstechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung: Es gibt verschiedene Verfahren zum Härten oberflächennaher Schichten. Eingeteilt werden können die Verfahren in die zwei Hauptgruppen: Randschichthärten: Verfahren ohne Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Randschicht. Thermochemische Diffusions-Behandlungsverfahren mit Änderung der chemischen Zusammensetzung der Randschicht. Die Verfahren Nitrieren und Nitrocarburieren werden der zweiten Hauptgruppe, d.h. mit Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Randschicht, zugeordnet. An beide Verfahren schließt sich normalerweise keine weitere Wärmebehandlung an. Nitrieren: Nitrieren ist nach DIN 17014 das thermochemische Behandeln zum Anreichern der Randschicht eines Werkstückes mit Stickstoff. Merkel definiert das Nitrieren als chemisch-thermische Behandlung zur Diffusionssättigung der Oberflächenschicht des Stahls mit Stickstoff beim Erwärmen im entsprechenden Medium. Eine Definition der Nitrierbarkeit formuliert Spies: Nitrierbarkeit ist das Ansprechen eines Eisenwerkstoffes auf das Nitrieren, gekennzeichnet durch die Veränderung des stofflichen und strukturellen Aufbaus der Randschicht in Abhängigkeit von den Nitrierbedingungen . Eine alleinige Anreicherung mit Stickstoff während des Nitriervorgangs kann nur im Plasma oder Gas erfolgen. Im Salzbad oder Pulver findet immer auch eine Kohlenstoffanreicherung statt. Es wird demnach ein Nitrocarburiervorgang durchgeführt. Man unterscheidet grundsätzlich zwei Temperaturbereiche beim Nitrieren/Nitrocarburieren, nämlich ober- und unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1. Oberhalb der Temperatur AC1 findet in der Randschicht eine Ferrit-Austenit-Umwandlung statt. Dieser Vorgang wird austenitisches Nitrieren/Nitrocarburieren genannt. Unterhalb AC1 findet dementsprechend ferritisches Nitrieren/Nitrocarburieren statt. Für den Ablauf der Diffusion während der Behandlungsdauer muss die Konzentration im Spendermittel (Gas, Salzschmelzen oder Pulver) höher sein als im Bauteil und ein bestimmter Temperatur-Zeit-Verlauf eingehalten werden. Die Diffusion ist ein temperaturabhängiger Vorgang ist. Niedrige Nitriertemperaturen führen zu längeren Behandlungsdauern, wenn die gleiche Nitriertiefe erreicht werden soll. Katalysatoren beschleunigen die Nitrierdauer. Es kann beim Salzbadnitrieren z.B. ein über dem Glühgut platziertes aus Kupfer bestehendes Netz eingesetzt werden. Gaszusätze wie z.B. Stickoxyd oder organische, stickstoffhaltige Dämpfe haben eine verkürzte Behandlungsdauer beim Gasnitriervorgang zur Folge. Die Nitrierdauern beim Salzbadnitrieren sind kürzer als beim Gasnitrieren, weil das Aufheizen im Salzbad wesentlich schneller erfolgt als das Erwärmen in der Gasatmosphäre. Ein weiterer Vorteil des Salzbadnitrierens ist das relativ einfache Wechseln der Werkstücke. Während Lüpfert noch davon ausgeht, dass nur legierte Stähle nitriert werden können, werden heute neben Nitrierstählen nach DIN 17211 auch Einsatz-, Vergütungs- und Werkzeugstähle, unlegierte Stähle sowie Eisen-Gusswerkstoffe nitriert. Bei Warmarbeitsstählen ist Nitrieren das am häufigsten eingesetzte Oberflächenbehandlungsverfahren. Eine mehrmalige Nachnitrierung ist möglich. Eine Vorbehandlung der zu nitrierenden Teile besteht i.a. aus Vergüten (zur Erzeugung einer Stützwirkung für die einzelnen Schichten) und das Spannungsarmglühen für Verzugsfreiheit und Reinigung. Ein besonderes Badnitrierverfahren ist das Tenifer-Verfahren. Dabei wird unter Belüftung im Salzbad nitriert. Es bedingt 580 °C in Alkalicyanat- sowie Alkalicarbonat-Salzschmelzen. Durch Sauerstoffzufuhr wird die Stickstoffaufnahme des Werkstücks verbessert, d.h. die Oberfläche...