NITAI ® NITREREN, NITROCARBONEREN Gas, plasma, zout
Thermochemische processen
Hoge slijtvastheid bij adhesie
Hoge randhardheid
Vermindering van de wrijvingscoëfficiënt
Verhoging van de corrosiebestendigheid
CONVERTING converting
Verbeterde warmtevastheid
Verbeterde trillingweerstand
Hoge weerstand tegen abrasieve slijtage
Goede maaten vormvastheid
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Wat is NITAI ® /nitreren/nitrocarboneren? Alle nitreer- en nitrocarboneerprocessen van AIMT zijn samengevat onder de benaming NITAI® . Nitreren en nitrocarbureren horen bij de thermochemische processen. Tijdens deze processen wordt de
randlaag van componenten met stikstof (nitreren) of stikstof en koolstof (nitrocarboneren) verrijkt, om de mechanische eigenschappen van de randlaag van de component te verbeteren.
Hoe wordt genitreerd/genitrocarboneerd? Bij het nitreren worden werkstukken aan een stikstof afgevende omgeving bij een temperatuur van 450–580 °C blootgesteld, waarbij stikstof uit het nitreermiddel in het oppervlak van het werkstof gediffundeerd wordt.
Bij nitrocarboneerprocessen, die tussen 500 en 580 °C plaatsvinden, worden daarnaast koolstof afgevende media toegevoegd, zodat naast stikstof ook koolstof in het oppervlak van het werkstuk gediffundeerd wordt.
Geschikte materialen Alle courante staal-, gietijzer- en sintermaterialen kunnen behandeld worden. Zowel ongelegeerde als laag- of mediumgelegeerde staalsoorten kunnen behandeld worden. Hooggelegeerde staal soorten met meer dan 13% chroom zijn wegens
hun oppervlaktepassiviteit slechts onder bepaalde omstandigheden geschikt. Legeringselementen zoals aluminium, vanadium, chroom en titaan begunstigen daarbij de toename van de hardheid in de randzone.
(Alle hier vermelde technische waarden gelden onder de hier genoemde testomstandigheden. Wij maken u er daarom uitdrukkelijk op attent dat vanwege de verschillende omstandig-
heden waarin producten worden ingezet, alleen een praktijkproef bij de endgebruiker uitsluitstel kan geven over het rendement van de warmtebehandeling.)
CONVERTING www.aimt-group.com
2
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Eigenschappen De slijtvastheid is, in tegenstelling tot de hardheid, geen karakteristieke waarde van het materiaal, maar een systeemeigenschap waarbij o.a. de materiaalparen, het omliggende medium, de aard en de hoogte van de belasting alsook het smeermiddel betrokken zijn.
Hardheidwaarden alleen kunnen daarom de slijtvastheid onvoldoende kenmerken. Met nitreren en nitrocarboneren kunnen de volgende verbeteringen van de eigenschappen bereikt worden:
hoge slijtvastheid bij adhesie vermindering van de wrijvingscoëfficiënten verhoging van de corrosiebestendigheid verbetering van de warmtevastheid tot ca. 500 °C hoge weerstand tegen abrasieve slijtage goede maat- en vormvastheid attractieve visuele oppervlaktegesteldheid verbetering van de buigwisselbestendigheid
Invloed van een warmtebehandeling op het slijtagegedrag van stalen oppervlakken
converting 3
www.aimt-group.com
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Opbouw en structuur Nitreer- en nitrocarboneerlagen bestaan in de regel uit twee zones. De binnenste zone, de diffusiezone, wordt gekenmerkt door de vorming van nitridenaalden aan de rand van de component. De normale laagdikte ligt tussen 0,2 en 1,5 mm. De buitenste zone met een dikte tussen ongeveer 5 en 30 µm wordt de verbindingszone genoemd. Deze niet-metalen laag bestaat voornamelijk uit γ'-nitriden (Fe4N), ε-nitriden (Fe2...3 N) en eventueel carbonitriden (FexCyNz).
Bij gelegeerd staal vormen zich bovendien nitriden en carbonitriden van de legeringselementen. De buitenste regio van de verbindingszone kan als poriënzoom gevormd zijn, die echter door een latere oxidatie bijdraagt tot de verbetering van de corrosiewerende eigenschappen. Afhankelijk van het materiaal kunnen randlaaghardheden van maximum 1.500 HV0,01 bereikt worden.
P VZ
10 µm
P = Poriënzoom VZ = Verbindingszone Structuuropname van een nitreerlaag, in een zoutbad genitrocarboneerd
Opbouw van een nitreerlaag
CONVERTING www.aimt-group.com
4
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Laagdikten en nitreerhardingsdiepten Nitreer- en nitrocarboneerlagen worden gekenmerkt door de volgende laagdikten en hardingsdiepten: De nitreerhardingsdiepte (NHT) is volgens DIN 50 190–3 de verticale afstand van de rand, waarbij de hardheid de waarde kernhardheid +50 HV0,5 (grenshardheid) bereikt. De dikte van de verbindingszone en de nitreerhardingsdiepte moeten veelal voor het specifieke materiaal en de specifieke toepassing tussen klant en warmtebehandelaar afgesproken worden.
Toepassingsgebieden Nitreren en nitrocarboneren zijn functionele veredelingen voor verschillende componenten in veel industrietakken:
algemene machinebouw armaturenbouw automobielindustrie bevestigingstechniek defensie drukmachinebouw elektronica/elektrotechniek energie- en reactortechniek gereedschappen huishoudelijke apparaten hydraulische en pneumatische industrie medische industrie meet- en regeltechniek mijnbouw spoorwegtechniek textielindustrie vliegtuigbouw
converting 5
www.aimt-group.com
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout Procesvarianten Bij alle hier opgesomde varianten worden de chemische samenstelling van de werkstukken even-
als de structuur van hun randlagen veranderd.
Gasnitreren
Bij het gasnitreren wordt het product in een ammoniakgasstroom bij temperaturen tussen
480 en 550 °C behandeld. Het gasnitreren wordt in de regel alleen voor gelegeerd staal gebruikt.
Plasmanitreren
Het plasmanitreren vindt normaliter bij temperaturen van 420 tot 580 °C in vacuüm met behulp van het met een glimontlading ge-genereerde plasma aan het oppervlak van het product.
Als proces-technische bijzonderheden kunnen mechanische isolaties (afdekkingen) gerealiseerd worden. Plasmanitreren maakt het nitreren van roestvast staal mogelijk.
Het gas- en plasmanitrocarboneerproces gebeurt bij voorkeur bij 570 tot 580 °C in een stikstofkoolstof afgevend gasmengsel.
Door koolstof toe te voegen worden de normale behandelingstijden ten opzichte van het oorspronkelijke nitreerproces verkort.
Nitreerproces
Nitrocarboneerproces Gas- en plasmanitrocarboneerproces
Titelbeeld: Scharnierbouten van 42CrMo4 (links: toestand bij aanlevering, midden: plasmanitrogecarboneerd, rechts: plasmanitrogecarboneerd en naderhand geoxideerd)
Salzbadnitrocarburieren
Bij het zoutbadnitrocarboneren wordt de vereiste stikstof en koolstof bij temperaturen rond 570 °C
uit een gesmolten zoutmassa afgegeven. Partieel zoutbadnitrocarboneren is mogelijk.
CONVERTING www.aimt-group.com
6
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Het nitrocarboneren in de gasstroom biedt bij de modernste technologie de mogelijkheid van reproduceerbare warmtebehandelingsprocessen, ook bij problematische materiaalcondities
Optische weergave van een glimzoom tijdens een plasmanitreerbehandeling
Plasmanitrier-/Plasmanitrocarburier-Anlage
Zoutbadnitrocarboneren
converting 7
www.aimt-group.com
Functionele veredelingen voor staal, gietijzer en sintermaterialen Gas, plasma, zout
Toepassingsvoorbeelden
Plasmagenitreerde olieschoepen uit 16MnCr5
Schakelvorken uit St4, genitrocarboneerd in gas
Aan verschillende componenten kunnen door gasnitrocarboneerprocessen mechanische eigenschappen bijvoorbeeld, de slijtvastheid, verbeterd worden.
Machinecomponent gasgenitreerd
www.aimt-group.com
