Nitrieren – Definition

Nitrieren bezeichnet das Verfahren zur Härtung der Oberfläche von Stahl mittels Stickstoff. Das Fertigungsverfahren wird auch als Aufsticken oder Nitridierung bezeichnet und wird häufig mit dem Begriff “Nitrierung” verwechselt, welches die Entstehung von Nitraten und Nitroverbindungen beinhaltet. Das Nitrieren grenzt sich von der Nitrocarburieren ab, weil hier nur Stickstoff verwendet wird und kein Kohlenstoff zum Einsatz kommt.

Anwendungsgebiete

Der Großteil aller Stahlsorten eignet sich zum Nitrieren. Am besten eignet sich das Nitrieren für legierte Stähle, da sie im Gegensatz zu unlegierten Stählen ein besseres Ergebnis erzielen. Legierte Stähle beinhalten häufig Elemente wie Molybdän, Titan, Chrom oder Aluminium. Reagieren diese mit dem Stickstoff, entstehen besonders harte Nitride.

Bei niedrig- oder unlegierten Stahlsorten kann das Nitrieren dazu führen, dass die Oberfläche des Werkstoffs spröde statt hart wird. Interstitiell gelöster Stickstoff kann sich in den Korngrenzen des Kristallgitters festsetzen, wodurch die Zähigkeit des Werkstoffs reduziert wird. Dadurch sind erhöhte Spannungsrisskorrosionen möglich.

Vergütungsstähle, die sich besonders gut zum Nitrieren eignen, werden auch als “Nitrierstahl” bezeichnet. Diese enthalten einen hohen Anteil von reaktiven Legierungselementen wie Chrom, Molybdän und Aluminium. Beispiele für Nitrierstähle sind:

  • 1.8519 (31CrMoV9)
  • 1.8515 (31CrMo12)
  • 1.8550 (34CrAINi7)
  • 1.8507 (34CrAlMo5)

Ablauf und Verfahren

Das Nitrieren finden in einem Ofen bei einer Temperatur von 500 bis 520 °C statt. Der zuvor gereinigte Werkstoff wird je nach Werkstoffbeschaffenheit und gewünschtem Härtegrad für einige Stunden behandelt. Dem Ofen wird dabei kontinuierlich stickstoffhaltiges Gas zugeführt, welches mit der Oberfläche des Werkstoffs reagiert. Dadurch entstehen harte Eisennitridphasen und andere Legierungsnitriede, welche die Bildung von Austenit verhindern und den Kern schützen.

Vorteile

Die Vorteile des Nitrierens umfassen:

  • Gesteigerten Oberflächenhärte: Metallische Nitride bilden eine sehr harte Kristallstruktur.
  • Verbesserter Korrosionsschutz: Durch den höheren Härtegrad wird eine Schutzschicht gegen Korrosion gebildet. Das Eisen kann nicht mehr mit der Umgebung korrodieren, da die Oberfläche des Werkstoffs mit einer Nitridschicht umhüllt ist.
  • Erweiterung des Korrosionsschutzes: Der Korrosionsschutz kann weiter erhöht werden, indem eine Oxidschutzschicht gebildet wird. Verfahren wie die Dampfbeaufschlagung lassen das Eisen oxidieren. Der Stickstoff verhindert aber, dass die Korrosion sich tiefer in den Werkstoff einarbeitet.
  • Hohe Anwendungsbreite: Fast alle Stahlsorten lassen sich nitrieren. Zwar eignen sich einige legierte Stähle besser für das Verfahren, aber grundsätzlich können alle Stahlsorten nitriert werden.
  • Hohe Wärmebeständigkeit: Durch die Nitridierung kann eine Wärmebeständigkeit von bis zu 600 °C erreicht werden.
    Verbessertes Verschleißverhalten: Nitrierstähle weisen bessere Verschleißeigenschaften auf, weil sie durch die Nitridschicht geschützt werden.