Nitrieren bei tiefen Temperaturen

Übliche Nitrier- und Nitrocarburiertemperaturen liegen im Temperaturbereich von 500 bis 570°C. Je höher die gewählte Nitriertemperatur ist, desto kürzer ist die Behandlungsdauer, um die gewünschte Nitrierhärtetiefe zu erreichen.

Dies ist allerdings damit verbunden, dass die Oberflächenhärte mit steigenden Temperaturen abfällt. Werden hohe Härteforderungen gestellt, ist eine Behandlung im Temperaturbereich von z.B. 500 bis 540°C sinnvoll. Für eine ganze Reihe von Anwendungen sind aber auch 500°C als Nitriertemperatur zu hoch. Dies gilt vor allem für anlassempfindliche Stähle, Schnellarbeits- und Werkzeugstähle und hochchromhaltige Stähle, die ihre Korrosionsbeständigkeit nach dem Nitrierprozess nicht verlieren dürfen. Die Nitriertemperatur muss, um Anlasseffekte zu vermeiden, ca. 20 bis 30°C unterhalb der Anlasstemperatur liegen.

Plasmanitrierte Federn
Plasmanitrierte Federn

Bei ca. 420 °C plasmanitrierte Ventilfedern

Die Abhängigkeit von Zeit und Temperatur kann dabei über die Beziehung von Hollomon und Jaffe abgeschätzt werden.
Es gilt: K = T(20 + logt); (T… Temperatur in °K, t… Zeit in h).
Beispiel:
Ein Stahl wurde bei 500°C 5 h angelassen. Für K ergibt sich ein Wert von 16000. Ist K bekannt und die Nitriertemperatur wird mit z.B. 470°C festgelegt, lässt sich durch Umstellen der Formel eine Zeit von ca. 34 h berechnen. Das heißt, es kann bei 470°C bis zu max. 34 h nitriert werden, ohne dass Anlasseffekte zu erwarten sind.
Bei Bauteilen mit scharfen Kanten sind nur kleine Nitrierhärtetiefen gefragt, die vorteilhaft bei tiefen Temperaturen realisiert werden können.
Durch einen Nitrierprozess verlieren hochchromhaltige Stähle infolge der Abbindung von Chrom durch Stickstoff ihre Korrosionsbeständigkeit. Dieses Problem kann durch eine Tieftemperaturbehalndlung gelöst werden. Bei austenitischen Stählen ist nach einer solchen Behandlung zum Teil sogar eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit festzustellen.

Nitriert unter Beibehaltung der Korrosionsbeständigkeit
Nitriert unter Beibehaltung der Korrosionsbeständigkeit

Siebe aus der Lebensmittelindustrie, plasmanitriert bei tiefen Temperaturen

Eine werkstoffkundliche Deutung der Vorgänge bei der Tieftemperaturbehandlung austenitischer Stähle ist z.B. in der Veröffentlichung von Bell und Mitarbeitern („The Response of Austenitic Stainless Steels to Lowtemperture Plasma Nitriding“, Heat Treatment of Metals, 1999, 1, P. 9-16) zu finden.