Das verbindungsschichtfreie Nitrieren wird erfolgreich bei vielen Werkzeugstählen eingesetzt. Da mit steigender Härte die Zähigkeit der nitrierten Randschicht sinkt, ist eine zu harte und damit spröde Schicht oftmals nicht ideal.

zaehigkeit

Bild1: Zähigkeit und Härte als Funktion des Abstands von der Werkstoffoberfläche [1]

Der Zähigkeitsverlust ist besonders bei Stählen zu berücksichtigen, die eine Vielzahl von Nitridbildnern enthalten. Wird hier auf die Verbindungsschicht verzichtet, ergibt sich z.B. bei Bohrern oder Gewindebohrern aus HHS eine wesentlich höhere Lebensdauer.

Je nach Versagensmechanismus kann die Verbindungsschicht auch bei hochlegierten Stählen zu einer wesentlichen Standzeiterhöhung führen. (Strangpressmatrizen, Warmumformwerkzeuge)

Da insbesondere dicke und porenreiche Verbindungsschichten bei wechselnder Beanspruchung zum Abplatzen neigen, werden auch für Einsatz- oder Vergütungsstählen (Anwendungen für z.B. Kurbelwellen oder Getriebekomponenten) zunehmend Forderungen nach einem verbindungsschichtfreien Nitrieren gestellt. Generell ist diese Aufgabenstellung lösbar. Es ist jedoch zu beachten, dass in Folge des abgesenkten Nitrierpotenzials eine weitaus längere Nitrierzeit notwendig ist, was sich gerade bei größeren Nitrierhärtetiefen bezüglich der Behandlungskosten bemerkbar macht.
Weiterhin wird das Härteprofil zu geringeren Werten verschoben. Bei einem 42CrMo4 lag die Randhärte nach einer verbindungsschichtfreien Nitrierung bei 490°C in 50 µm Randabstand ca. 50 – 80 HV unter den Härtewerten, die man nach einer Nitrierung mit Verbindungsschicht erreicht.
Ist das Abplatzen der Verbindungsschicht problematisch, sollte zunächst die Dicke der Verbindungsschicht reduziert werden. Dünne, zähe und porenarme Verbindungsschichten neigen nicht zum Abplatzen. [2] Sobald mit einer Verbindungsschicht nitriert wird, können höhere Nitrierpotenziale angewendet werden. Dies wirkt sich positiv auf die Prozesszeiten und auf die Härteannahme in der Diffusionszone aus.

[1] Spies, H.-J. „Zähigkeit von Nitrierschichten auf Eisenwerkstoffen“ Härterei-Techn. Mitteilungen 41(1986)6, S.365-372
[2] E. Weidmann, Guesnier, A.; „Metallografische Präparation von nitrierten und nitrocarburierten Teilen“ Struers – Application Notes