In Vertiefung

Das Nitrieren ist eine thermochemische Behandlung, die beachtliche Veränderungen an den tribologischen, mechanischen und korrosionshemmenden Eigenschaften der Oberflächen der behandelten Sonderteile mit sich bringt. Es verfolgt die Zielsetzung, deren Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Leistungen zu erhöhen.

Aus diesen Gründen fanden die Oberflächenbehandlungen eine breite Anwendung und im Laufe der Jahre wurden diesbezüglich neue Techniken entwickelt. Die Letzte von ihnen ist das Plasmanitrieren, das bei TAG mit den in der Produktionsstruktur von Dolzago vorhandenen Anlagen ausgeführt wird.

Das Nitrieren mithilfe der Plasmatechnologie hat erlaubt, einige typische Problematiken erfolgreich zu überwinden, die von den alten Methoden, wie der Nitrierung im Salzbad und der Gasnitrierung erzeugt wurden, die wir jetzt im Detail untersuchen werden.

DER START MIT TRADITIONELLEN METHODEN…

Die Nitrierung im Salzbad (Tenifer – QPQ – TF1) erfolgt bei einer Temperatur von ca. 570 °C, wird vor allem für Nitrierungen einer kurzen Dauer (einige Stunden) oder von Stücken in großen Mengen eingesetzt und produziert eine Schicht von wenigen Hundertsteln Tiefe mit Eigenschaften, die in erster Linie gegen ein Festfressen agieren. Die typische chemische Zusammensetzung des Bades führt zur Bildung einer weißen Schicht, die aus Carbonitriden besteht sowie porös und mit gemischten Phasen, des Typs ɛ (Fe 2-3 N) / Fe 2- 3 C x N y  sowie des Typs ɣ’ (Fe 4 N) ist.

Eine spezifische Anwendung der Nitrierung in der Flüssigphase ist die der Werkzeugbehandlung aus Schnellstahl. Ihr Hauptzweck bestand schon immer darin, die Ermüdungsbeständigkeit durch Reduzieren der Sprödigkeit zu erhöhen, die für diese Stähle sehr hoch ist. Sie wird als niedrigpreisige Behandlung betrachtet, auch wenn die Reinigung der Teile vom Salz nach der Nitrierung speziell in den Löchern und Rillen hohe Arbeitskosten verlangt.

Das Plasmanitrieren ermöglicht, die Oberflächenhärtung von Gewindewerkzeugen für Schrauben und Bolzen auszuführen, die aus Schnellstahl hergestellt sind:

 

Die Möglichkeit, den Prozess unter Verwendung eines sehr geringen Stickstoff-Volumenprozentsatzes in Verbindung mit niedrigen Temperaturen auszuführen, macht es möglich, eine gehärtete Schicht zu erhalten, die vollkommen frei von Porosität, sehr dünn, kompakt und dennoch sehr hart ist.

Im Unterschied zu den anderen Behandlungsarten erlaubt die niedrige Temperatur des Plasmas, das Werkzeug nach der Regeneration wieder zu nitrieren. (Erneute Bearbeitung und Wiederherstellung des Gewindeprofils nach dem ersten Produktionszyklus). Dies gewährleistet eine wesentlich längere Nutzlebensdauer.

Analog hierzu wird der Plasmaprozess bei unserer Produktionsstruktur auch erfolgreich bei gesinterten Stählen (z. B. 70 DDH2 Sint, Sint D30, usw.) angewendet: In diesem Fall wird ein derartiges Plasma eingesetzt, das sofort eine Verbindungsschicht bildet, damit die schnelle Stickstoff-Diffusion innerhalb der typischen Porosität dieser Materialien und somit eine übermäßige Volumenerhöhung und/oder Brüchigkeit vermieden wird.

Die Gasnitrierung, die zweite der “traditionellen” Methoden, wird bei im Wesentlichen niedrigeren Temperaturen (500 – 550 °C) im Vergleich zum Salzbad ausgeführt. Allerdings verlangt der Prozess wesentlich mehr Zeit und kann von 20 bis zu 100 Stunden dauern. Dabei sind auch die Morphologie-Schichten wegen der Tatsache wenig kontrollierbar, dass es bei diesem Prozess nicht möglich ist, die Zuführung von Stickstoff unter 30 % zu verringern. Dies löst eine entsprechende weiße Schicht aus, die aus zwei sehr unterschiedlichen Phasen besteht, die übereinander liegen: Die Phase ɛ (Fe 2-3 N) und die Phase ɣ’ (Fe 4 N), die sehr porös und brüchig ist. Nicht einmal der Einfluss auf die Größenänderungen nach der Behandlung (Deformationen) ist zu vernachlässigen.

… UND DIE ANKUNFT BEI INNOVATIVEN METHODEN. WARUM DAS PLASMANITRIEREN?

  • Mit dem Plasmanitrieren kann man neben der Nitrierungstiefe, auch die -stärke und die Art der Schicht der Oberflächenverbindungen nach Gefallen variieren. So ist es also möglich, nur eine Schicht des Typs ɣ’ (Fe 4 N) oder eine gemischte Schicht aus ɣ’ (Fe 4 N) und ɛ (Fe 2-3 C x N y ) oder nur ɛ (Fe 2-3 C x N y ) bzw. nur ɛ des Typs (Fe 2-3 N) zu erhalten, ohne im Gegensatz zu den anderen Prozessen, die typische Porosität und Brüchigkeit der Schicht anzutreffen.
  • Für besondere Anwendungen besteht auch die Möglichkeit, die weiße Schicht der Verbindungen vollkommen zu beseitigen oder eine Schicht Magnetit zum Schutz vor Korrosion hinzuzufügen.
  • Es besteht die Möglichkeit, den Prozess bei Temperaturen von weniger als 500 °C durchzuführen. So wird folglich ermöglicht, die nach der Härtung oder Vergütung erhaltene Härte “als Herzstück” zu bewahren: Zum Beispiel wird der ledeburitische Chromstahl Wrn°1.2379 (X155CrMoV121) beieiner Prozesstemperatur von 480 °C bearbeitet.

  • Ein beachtlicher Vorteil ist das Beizen und die Oberflächenaktivierung durch Ionenbeschuss (Sputtern). Dies bringt eine beträchtliche Verringerung der Behandlungszeiten und folglich der
    Dimensionsänderungen im Vergleich zu den anderen Prozessen mit einer Oberfläche von höchster Qualität mit sich. Außerdem wird die Behandlung von Edelstählen und nicht eisenhaltigen Legierungen wie Titanlegierungen möglich.

 

  • Vor allem ist es möglich, die Nitrierung direkt auf fertiggestellten Teilen auszuführen, weil die Deformationen praktisch unbedeutend sind, wenn die Teile von ihren mechanischen thermischen Spannungen frei sind. Diese Eigenschaft ermöglicht eine beachtliche Kostenreduzierung für die hergestellten Teile, weil die Zurücknahme beim Schliff beseitigt wird.
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