Nitrierhärten

Die bisher vorgestellten Verfahren zur Oberflächenhärtung haben alle gemeinsam, dass die harte Randschicht durch eine martensitische Gefügeumwandlung erreicht wird. Eine solche Gefügeumwandlung ist jedoch für eine endmaßnahe Fertigung ohne Nachbearbeitung hinderlich, da die Gefügeumwandlung im Allgemeinen zu einem Härteverzug führt. Auch die sich bildenden Zunderschichten müssen eventuell nachbearbeitet werden. In solchen Fällen kann das Nitrierhärten (kurz: Nitrieren) Abhilfe schaffen, welches ohne eine Gefügeumwandlung auskommt. Das Nitrierhärten zählt somit nicht zu den klassischen Härteverfahren mittels Gefügeumwandlung.

Beim Nitrieren wird der legierte Stahl bei Temperaturen von etwa 500 °C einer stickstoffhaltigen Umgebung ausgesetzt. Die Stickstoffatome diffundieren in die Oberfläche des Stahls ein und verbinden sich dort mit anwesenden Legierungselementen wie Aluminium, Chrom Molybdän, Vanadium und Titan zu harten und verschleißfesten Nitriden. Dies erfordert entsprechend spezielle Stähle die diese Legierungselemente auch beinhalten, sogenannte Nitrierstähle (z.B. 34CrAlMo5). Die an der Oberfläche gebildeten Nitride führen darüber hinaus zu Spannungen im Material. Diese stellen jedoch keineswegs Schwächungen dar sondern erhöhen im besonderen Maße die Dauerfestigkeit des Bauteils durch die hervorgerufenen Druckeigenspannungen! Zudem wird durch die Nitridschicht die Korrosionsbeständigkeit verbessert.

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Abbildung: Prinzip des Nitrierhärtens

Während die Oberflächenhärte durch die gebildeten Nitride stark zunimmt, bleiben die Eigenschaften des Bauteilkerns unberührt, da sich die Nitride nur an der Oberfläche bilden. Die Schichtdicken bewegen sich im Bereich von 0,1 bis 1 mm. Dickere Nitridschichten sind nur mit sehr hohem Aufwand möglich. Die langen Glühzeiten von teilweise mehreren Tagen können das Nitrierhärten sehr zeitintensiv und damit teuer machen.