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Plasmanitrieren

Steigerung von Oberflächenhärte und Schutz gegen Verschleiß
Unsere Kapazitäten für das Plasmanitrieren, Plasmanitrocarburieren und Oxidieren erlauben uns die schnelle und effiziente Bearbeitung aller Aufträge. Täglich starten mehrere Prozesse, sodass eine kurzfristige und schnelle Auftragsbearbeitung jederzeit umsetzbar ist. Vom Einzelteil bis hin zur Serie bieten wir passende Kapazitäten und kurze Durchlaufzeiten.

 

Das Plasmanitrieren (auch bekannt als Ionitrieren, Puls-Plasmanitrieren, sowie Kaltnitrieren oder Plasma-Härten) ist ein thermochemisches Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit mechanisch beanspruchter Metallbauteile. Dauerfestigkeit sowie Korrosionsschutz von Werkstoffen werden auf besonders schonende Art und Weise verbessert. Unter Einwirkung von Wärme erfolgt beim Plasmanitrieren eine chemische Randschichtumwandlung durch Eindiffusion von Stickstoff, der zusammen mit dem Werkstoff des Behandlungsgutes Nitride ausbildet. Dies führt zu einer erhöhten Oberflächenhärte und einer deutlich verbesserten Beständigkeit gegen Verschleiß. Die Behandlung der Werkstücke erfolgt im Vergleich zu konventionellen Härteverfahren bei deutlich niedrigeren Temperaturen, wodurch eine hohe Maßhaltigkeit bei dieser Art von Wärmebehandlung gewährleistet wird. Eine Übersicht zum Vergleich des Plasmanitrierens mit anderen Härteverfahren finden Sie hier.

Da somit die aufwendige Nachbearbeitung der Teile im randschichtgehärteten Zustand entfällt oder auf ein Mindestmaß reduziert wird, sind mit dem Plasmanitrieren zusätzliche Kosteneinsparungen innerhalb der Prozesskette realisierbar. Das Behandlungsgut kann im weichen Zustand häufig auf Endmaß gefertigt und nach der Wärmebehandlung im Plasma ohne oder mit nur geringer Nacharbeit fertiggestellt werden. Weiterhin sind sehr niedrig angelassene, vergütete Stähle ohne Verlust der Kernfestigkeit behandelbar.
Nitrieren kann prinzipiell mit verschiedenen Verfahren erfolgen. Bekannt sind neben dem Plasmanitrieren das Badnitrieren und das Gasnitrieren. Unter den Härterei-Verfahren hat das Plasmanitrieren einen besonderen Standpunkt aufgrund der von Reproduzierbarkeit, Umweltverträglichkeit und Energieeffizienz.

 

Die Vorteile des Plasmanitrierens und unserer Anlagentechnik sind:

  • Endreinigung der Bauteile im Plasma
  • Entpassivierung der Oberfläche und die damit verbundene gute Behandelbarkeit hochlegierter Stähle und Edelstahl
  • niedrige Prozesstemperaturen
  •  verzugsarm
  • Schichtaufbau kann an die Beanspruchung angepasst werden
  • Schichten sind weniger spröde und porös als beim Gas- und Badnitrieren
  • kürzere Behandlungszeiten als beim Gasnitrieren
  • Minimierung der Nacharbeit
  • keine Nachreinigung notwendig


Durch eine gezielte Steuerung des Schichtaufbaus kann das Behandlungsergebnis durch das Plasmanitrieren an die Beanspruchung vorteilhaft angepasst werden.
Eine mechanische Nachbearbeitung ist aufgrund des nur geringen Verzuges häufig nicht mehr erforderlich.
Die Nitrierschichten bestehen prinzipiell aus der äußeren Verbindungsschicht (VS), die bis zu ca. 20 µm dick sein kann.
Diese besteht aus Eisennitriden – dem stickstoffreicheren ε-Nitrid Fe2-3N und dem eisenreicheren γ`-Nitrid Fe4N.
Im Vergleich zum Gasnitrieren ist die durch das Plasmanitrieren erzeugte Verbindungsschicht kompakter, porenärmer und verfügt dadurch über bessere Schichteigenschaften. Unterhalb der VS liegt die Diffusionsschicht (DS), die aus dem Grundwerkstoff mit ausgeschiedenen Nitriden besteht. Die erreichbare Härte an der Oberfläche ist umso höher, je mehr nitridbildende Elemente sich im Stahl befinden. Darin liegt die Ursache, dass unlegierte Stähle nur Oberflächenhärten von 250 – 300 HV, niedriglegierte Stähle 600 – 700 HV und Nitrier- und hochlegierte Stähle 800 – 1200 HV erreichen.

Der Kennwert Nitrierhärtetiefe Nht ist definiert als der Randabstand, bei dem Kernhärte + 50 HV vorliegen (gemäß DIN50190 Teil 3). Übliche Nht sind bis 0,8 mm bei un- und niedriglegierten Stählen und bis 0,15 mm bei hochlegierten Stählen und Edelstahl. Die erreichbare Tiefe und die Zeit, in der diese erreicht werden kann, wird maßgeblich durch den verwendeten Werkstoff, die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit bestimmt.

Das Plasmanitrierens ist ein vakuumgestützter Prozess. Die zu behandelnden Teile bilden als Charge die Kathode, die Ofenwandung ist die Anode. Nach Evakuierung wird zwischen der Charge und der Ofenwand ein elektrisches Feld angelegt. Das zugeführte Behandlungsgas spaltet sich im elektrischen Feld auf und wird ionisiert. Es bildet sich ein leitfähiges Gas, das Plasma. Die Stickstoffionen werden aufgrund des Stromflusses in Richtung der Kathode beschleunigt und treffen mit hoher Energie auf die Werkstückoberflächen auf.

 

Dies führt zu:

  • Feinreinigung der Oberflächen durch Absputtern von Fremdatomen
  • Auflösen von Passivschichten (z.B. auf nichtrostenden Stählen bzw. Edelstahl und Titan)
  • Aktivierung der Oberfläche
  • Erwärmung der Teile
  • Diffusion des Stickstoffs in die Werkstücke bei Prozesstemperatur


Ist die Behandlungstemperatur erreicht, beginnt die Haltezeit. Diese richtet sich nach der Werkstoffart und der gewünschten Nitrierhärtetiefe. Übliche Haltezeiten beim Plasmanitrieren betragen 12 – 50 Stunden. Gegenüber dem Gasnitrieren ist etwa die halbe Haltezeit erforderlich.
Nach der entsprechenden Behandlungszeit wird durch Fluten mit einem Gas ein Druckausgleich herbeigeführt. Danach kühlt die Charge kontrolliert ab und die fertigen Werkstücke können bei niedriger Temperatur entnommen werden.

Auswahl an nitrierbaren Stählen und Behandlungsergebnisse



Werkstoff

Werkstoff-Nr.

Härte HV 1

NHT in mm

VS in µm

 

Nitrierstähle

32 CrMoV 12 10

1.7765

750 - 1000

0,3 - 0,6

4 - 8

34 CrAl 6

1.8504

900 - 1200

0,3 - 0,5

6 - 10

34 CrAlMo 5

1.8507

900 - 1200

0,3 - 0,5

6 - 10

41 CrAlMo 7

1.8509

800 - 1000

0,3 - 0,5

6 - 10

31 CrMoV 9

1.8519

750 - 1000

0,3 - 0,5

4 - 8

34 CrAlNi 7

1.8550

900 - 1250

0,3 - 0,6

6 - 10

34 CrAl 6

1.8506

900 - 1200

0,3 - 0,6

6 - 10

31 CrAlV 9

1.8523

900 - 1200

0,3 - 0,6

6 - 10

31 CrMo 12

1.8515

800 - 1100

0,3 - 0,5

4 - 8

Einsatzstähle

Ck 15

1.1141

250 - 350

0,3 - 0,6

8 - 12

14 NiCr 15

1.5752

500 - 650

0,3 - 0,5

4 - 8

21 MnCr 5

1.2162

600 - 750

0,3 - 0,6

4 - 8

16 MnCr 5

1.7131

600 - 750

0,3 - 0,6

4 - 8

Vergütungsstähle

Ck 45

1.1191

300 - 550

0,3 - 0,6

8 - 12

Ck 60

1.1221

300 - 550

0,3 - 0,6

8 - 12

40 CrMnMo 7

1.2311

700 - 850

0,3 - 0,6

6 - 8

40 CrMnMoS 8 6

1.2312

700 - 850

0,3 - 0,6

6 - 8

45 NiCr 6

1.2710

600 - 800

0,3 - 0,5

6 - 8

34 CrNiMo 6

1.6582

600 - 800

0,3 - 0,5

3 - 6

42 CrMo 4

1.7225

600 - 750

0,3 - 0,5

4 - 8

ETG® 100

 

400 - 650

0,3 - 0,5

4 - 8

39 CrMoV 13-9

1.8523

800 - 950

0,3 - 0,5

4 - 8

Baustahl

S 235

1.0038

200 - 350

 

4 - 8

S 355

1.0576

300 - 550

0,3 - 0,5

4 - 8

Warmarbeitsstähle

X 38 CrMoV 5 1

1.2343

900 - 1250

0,2 - 0,4

4 - 6

X 40 CrMoV 5 1

1.2344

900 - 1250

0,2 - 0,4

4 - 6

X 32 CrMoV 3 3

1.2365

800 - 1000

0,2 - 0,4

4 - 6

X 3 NiCoMoTi 18-9-5

1.2709

800 - 1200

0,15 – 0,3

2 - 4

 






Werkstoff

Werkstoff-Nr.

Härte HV 1

NHT in mm

VS in µm

 

Kaltarbeitsstähle

X 210 Cr 12

1.2080

900 - 1200

0,1 - 0,15

2 - 4

X 100 CrMoV 5 1

1.2363

1000 - 1200

0,2 - 0,4

4 - 6

X 155 CrVMo 12 1

1.2379

900 - 1200

0,2 - 0,4

4 - 6

X 210 CrW 12

1.2436

700 - 900

0,15 - 0,3

2 - 4

X 165 CrMoV 12

1.2601

900 - 1200

0,15 - 0,2

2 - 4

X 45 NiCrMo 4

1.2767

700 - 900

0,15 - 0,3

2 - 4

90 MnCrV 8

1.2842

500 - 650

0,3 - 0,4

4 - 8

115 CrV 3

1.2210

350 - 500

0,3 - 0,4

4 - 6

62 SiMnCr 4

1.2101

500 - 600

0,3 - 0,6

4 - 8

Schnellarbeitsstähle

S 10-4-3-10

1.3207

1000 - 1400

0,05 - 0,25

= 2

S 6-5-2

1.3343

1000 - 1400

0,05 - 0,25

= 2

Martensitaushärtbare Stähle

X 2 NiCrMo 18 8 5

1.6359

1000 - 1200

0,15 - 0,3

1 - 2

Hitzebeständige Stähle

X 15 CrNiSi 25 20

1.4841

800 - 1100

0,1

 

X 12 CrNi 25 21

1.4845

800 - 1100

0,1

Rost- und Säurebeständige Stähle

X 40 Cr 14

1.2083

1000 - 1200

0,15

 

X 38 CrMo 16

1.2316

900 - 1200

0,15 - 0,3

 

X 20 Cr 13

1.4021

1000 - 1200

0,15

 

X 46 Cr 13

1.4034

1000 - 1200

0,15

 

X 90 CrMoV 18

1.4112

900 - 1100

0,15

 

X 35 CrMo 17

1.4122

1000 - 1400

0,15

 

X 12 CrNi 18 8

1.4300

800 - 1200

0,15

 

X 5 CrNi 18 10

1.4301

800 - 1200

0,15

 

X 10 CrNiS 18 9

1.4305

800 - 1000

0,15

 

X 5 CrNiMo 17 12 2

1.4401

800 - 1200

0,15

 

X 2 CrNiMo 18 14 3

1.4435

800 - 1200

0,15

 

X 5 CrNiMo 17 13

1.4449

800 - 1200

0,15

 

X 6 CrNiMoTi 17 12 2

1.4571

800 - 1200

0,15

 






Werkstoff

Werkstoff-Nr.

Härte HV 1

NHT in mm

VS in µm

 

Wälzlagerstähle

100 MnCrW 4

1.2510

500 - 700

0,2 - 0,3

= 4

100 Cr 6

1.3505

350 - 600

0,2 - 0,3

= 4

Automatenstähle

9 SMnPb 28

1.0718

200 - 350

 

4 - 8

44 SMn 28

1.0762

300 - 500

0,3 - 0,6

4 - 8

Federstähle

Ck 75

1.1248

350 - 550

0,3 - 0,6

4 - 8

60 SiMn 5

1.5142

400 - 600

0,3 - 0,6

4 - 8

67 SiCr 5

1.7103

500 - 650

0,3 - 0,6

4 - 8

50 CrV 4

1.8159

450 - 600

0,3 - 0,4

4 - 8

58 CrV 4

1.8161

450 - 600

0,3 - 0,4

4 - 8

Grauguss

GG 18

 

300 - 450

0,3 - 0,4

8 - 10

GG 25

 

350 - 500

0,3 - 0,5

8 - 10

GGG 42

 

400 - 600

0,3 - 0,5

8 - 10

GGG 60

 

500 - 700

0,3 - 0,6

8 - 10

GGG 70

 

500 - 700

0,3 - 0,6

8 - 10

 

Die hier dargestellten Behandlungsergebnisse des Plasmanitrierens beziehen sich auf Standard- und Langzeit-behandlungen und häufig genutzte Werkstoffe. Eine höhere oder niedrigere Nitrierhärtetiefe (NHT) und Verbindungsschichtdicke (VS) können im Rahmen von Sonderbehandlungen erreicht werden. Prinzipiell ist jeder Stahl nitrierbar. Wir beraten Sie gern zu den Möglichkeiten und individuellen Vorteilen.

Werden besonders dicke Verbindungsschichten benötigt, empfiehlt sich das Plasmanitrocarburieren anstatt dem Plasmanitrieren. Zur Steigerung der Korroionsbeständigkeit niedrig und mittelmäßig legierter Werkstoffe gibt es die Möglichkeit eine Nachoxidation durchzuführen. Mit Hilfe dieses zusätzlichen Schrittes lässt sich der Korrosionsschutz im Anschluss an das Plasmanitrieren nochmals steigern.

Die Wärmebehandlung der Teile im Plasma erfolgt im Vergleich zu konventionellen Härterei-Verfahren bei deutlich niedrigeren Temperaturen. Eine Übersicht zum Vergleich finden Sie hier.

 

 

Schreiben Sie uns eine E-Mail oder rufen Sie uns an +49-(0)371-808179-0