Härteprozesse und Wärmebehandlungen

Gasnitrieren

Beim Gasnitrieren wird die Werkstückoberfläche mit Stickstoff angereichert (der Stickstoffspender ist Ammoniak). Bei einer Behandlungstemperatur von ca. 500 °C wird das Ammoniak teilweise aufgespalten und es entsteht u. a. atomarer Stickstoff, der in die Werkstückrandzone eindiffundiert und mit den vorhandenen Legierungselementen, Verbindungen eingeht. Diese Stickstoffverbindungen bzw. Nitridausscheidungen bewirken eine beträchtliche Härtesteigerung.

Nach dem Nitrierprozess, welcher mehrere Tage andauern kann, werden die Werkstücke langsam abgekühlt. Ein Abschrecken ist nicht erforderlich. Aufgrund der relativ niedrigen Behandlungstemperatur, und durch das abschreckungsfreie Abkühlen, zeichnet sich das Verfahren durch seine sehr geringen Maßverzüge aus. Die erzielbare Oberflächenhärte sowie der Härteverlauf sind abhängig vom Werkstoff, dem Gefügezustand und der Vorbearbeitung.

Es können auch Teilnitrierungen vorgenommen werden (dabei werden Teilbereiche wie z. B. Gewinde abgedeckt). In solchen Fällen wird die Oberfläche der weich zulassenden Partien mit einer speziellen Paste abgedeckt. Es entsteht ein dünner Zinnfilm, der die Nitrierung verhindert. Die Pastenreste werden nach dem Nitrieren mittels Glasperlen abgestrahlt, der dünne Zinnfilm (ca. 5 µm) bleibt. Bei sehr kleinen Gewindebohrungen und Sacklöchern kann eine mechanische Nacharbeit vorgenommen werden.

Anwendung im Allgemeinen Maschinenbau, Spindeltechnologie, Hydraulik Komponenten, Präzisionsbauteile, Messmittelbau, Getriebebau, Verzahnungsteile, Automotive und Anlagenbau.

Nitrocarburieren

Nitrocarburieren ist eine thermochemische Diffusionsbehandlung und ist überwiegend, als Verschleißschutz einer Bauteil-Oberfläche zu verstehen. Eine signifikante Verbesserung der Dauerfestigkeit, des Korrosionsverhaltens, der Notlaufeigenschaften und des Gleitverhaltens sind ebenfalls zu beobachten. Das Verfahren ist sehr verzugsarm und ist dadurch für fertig bearbeitete Bauteile konzipiert.

Das Verfahren mit dem Oberbegriff Nitrocarburieren kann sowohl im Gasstrom, im Plasma, im Salz oder im Pulver durchgeführt werden. Die technischen Hintergründe sind in der DIN 17022-4 / Verfahren der Wärmebehandlung Teil-4, Nitrieren und Nitrocarburieren beschrieben.

Das Nitrocarburieren erzeugt, je nach Stahlqualität (auch GG, GGG / kein VA), eine silbergraue Oberfläche. Die Oberflächenhärte bzw. Qualität steht, wie bei allen Nitrierverfahren, in Abhängigkeit mit dem Werkstoff, der Zugfestigkeit, der Gefügematrix und der Fertigungshistorie. Das Nitrocarburieren bewirkt die Entstehung von zwei Hauptschichten: der Verbindungsschicht (ca. 10 – 25 µm) und der Diffusionsschicht (ca. 0,3 mm). Es können Oberflächen-Härtewerte bis zu 1200 HV und mehr erreicht werden, obwohl die Schicht eine gute Duktilität aufweist (Abplatzverhalten).

Durch eine Nachoxidation können weitere, positive Effekte erzielt werden (siehe Nitrocarburieren + Oxidieren). Die definierte Verbindungsschicht besitzt einen nichtmetallischen Charakter und kann dadurch Kaltverschweißungen, bzw. Adhäsionsneigungen unterbinden und reduzieren.

Anwendung im Formenbau, Werkzeugbau, bei Zahnradverbindungen und Getrieben, im Hydraulikbereich, bei Tiefziehformteilen und im allgemeinen Maschinenbau.

Nitrocarburieren + Oxidieren

Nitrocarburieren + Oxidieren, ist eine thermochemische Diffusionsbehandlung und ist als Verschleiß- und Korrosionsschutz einer Bauteil-Oberfläche zu verstehen. Insbesondere, wenn diese mit tribologischen Verschleißmechanismen beansprucht wird (Adhäsion – Abrasion – Korrosion). Das Nitrocarburieren + Oxidieren erzeugt, je nach Stahlqualität (auch GG, GGG / kein VA), eine anthrazit – schwarze Oberfläche. Die Optik ist mit brünierten Oberflächen zu vergleichen. Die Oberflächenhärte steht in Abhängigkeit mit dem Werkstoff

Es können bis zu 1200 HV erreicht werden, obwohl die Schicht eine gute Duktilität aufweist (Abplatzverhalten). Der Korrosionsschutz kann mit ca. Faktor 3 x besser als Hartchrom definiert werden (Salzsprühtest ca. 160 – 240 h). Mit einer zusätzlichen N+OX – Behandlung, kann eine Salzsprühresistenz von mind. 250 h bis zu 1000 h erreicht werden.

Diese Zusatzbehandlung findet besonders im Hydrauliksektor und im Offshore–Bereich Verwendung. Verbessert werden außerdem die Dauerfestigkeit, die Gleiteigenschaften, adhäsive Verschleißfestigkeit (Neigung zu Kaltverschweißungen), Notlaufeigenschaften, beständig gegen große Temperaturschwankungen auch im tiefkalten Bereich. Die Schicht wächst aus dem Material und ist somit kein aufgetragener, anderer Werkstoff.

Anwendung bei Bauteilen der Mobilhydraulik, Fahrzeugbau, PKW, NKW, Baumaschinen, Maschinenbau, Druckmaschinen, Anlagenbau, Alternativbehandlung für galvanische Schichten (Chrom, Chromatieren, Zinn, Zink, etc.), Phosphatieren, Lackieren und Brünieren.

N+OX 250

Der Behandlungsprozess basiert auf dem Nitrocarburieren im Gas + Oxidieren. Die Praxis zeigte, dass insbesondere die Korrosionsbeständigkeit, oftmals nicht ausreichend war. Durch viele Versuchsreihen, konnte mittels eines GDOES Analyzer und Salzsprühtests, das Tiefenprofil der Verbindungsschicht modifiziert werden.

Der gesamte Behandlungsprozess wurde entsprechend der Versuchsergebnisse angepasst und weitere Salzsprühtests zeigten eine signifikante Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Das klassische Verfahren Nitrocarburieren + Oxidieren zeigte eine Beständigkeit im Salzsprühtest von ca. 140 – 240h, das N+OX 250 von 450 bis 1000h.

Weiterhin wurde durch unsere Versuchsreihen bestätigt, dass die Oberflächengüte der Proben ebenfalls einen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen ausübt. Je besser die Oberflächengüte, umso besser der Korrosionsschutz. Da der Salzsprühtest als katalytischer Test zu interpretieren ist, ist der Korrosionsschutz gegenüber Wechselklima, Meerwasser, Seeluft usw. wesentlich höher als die hier beschriebenen Zeiten.

• Thermochemische Beschichtung von Stahloberflächen, als Alternative für galvanische Schichten
• Konstruiert für tribologisch beanspruchte Bauteile (Adhäsion + Abrasion + Korrosion)
• Frei von Schwermetallen o.ä. (Cr-VI / Zink / Ni)
• Korrosionsbeständigkeit min. von Nickel/Chrom Schichten (25 μm Ni + 25 μm Cr)
• Minimiert die Adhäsionsneigung (Kaltverschweißen)
• Hohe Verschleißfestigkeit, bis 1200 HV möglich, in Abhängigkeit der eingesetzten Werkstoffe
• Kein Abplatzen der Schicht durch Steinschlag o.ä., da der „Eierschaleneffekt“, bekannt bei Cr-Schichten, aufgrund des gestreckten Spannungsüberganges, minimiert ist Verbesserung der Dauerfestigkeit, da Druckeigenspannungen in den Randzonen vorliegen. Bei z.B. Cr-Schichten, entstehen Zugeigenspannungen (Rissigkeit in der Schicht!), die eine Reduzierung der Dauerfestigkeit verursachen können.

Anwendung im Sonderfahrzeugbau, Schwerlastfahrzeuge (z.B. Arktis), Mobilhydraulik, Gabelstapler (z.B. Fischfabrik), Schiffe und Maschinen im Bereich von Seehäfen.

Oxidieren

Oxidieren, ist eine thermochemische Diffusionsbehandlung und ist in erster Linie ein Korrosionsschutz für Bauteil-Oberflächen. Das Oxidieren erzeugt, je nach Stahlqualität (auch GG, GGG / kein VA), eine anthrazit – schwarze Oberfläche. Die Optik ist mit brünierten Oberflächen zu vergleichen. Der Korrosionsschutz ist aber bedeutend besser. Untersuchungen belegen einen Korrosionsschutz, der mit 10 µm Hartchrom vergleichbar ist.

Außerdem verbessert das Oxidieren, das Verschleiß– und Gleitverhalten beträchtlich. Eine Optimierung von Design, Optik und qualitativem Gesamteindruck eines Bauteiles, ist bemerkenswert.

Anwendung bei Bauteilen der Mobilhydraulik, Fahrzeugbau, PKW, NKW, Baumaschinen, Maschinenbau, Druckmaschinen, Anlagenbau, Konstruktionsteile, Alternativbehandlung für galvanische Schichten (Chrom, Chromatieren, Zinn, Zink, etc.), Phosphatieren, Lackieren und Brünieren.

Glühen

Normalisieren, Normalglühen, Perlitisieren, Ferritisieren, Weichglühen, GKZ-Glühen von Stahl und Gusseisenteilen; Definierte Aufheizkurve auf 700 °C – 950 °C / Haltezeit mehrere Stunden, mit definierter Ofenabkühlung bis ca. 150 °C. Auch mit Schutzgas Stickstoff möglich, keine Glührückstände auf der Oberfläche. 

Spannungsarmglühen von Schweißkonstruktionen, Brennteile, Laserteile, nach Grobzerspanung, komplizierte Formteile, Altern, Formenbau; Definierte Aufheizkurve auf 600 °C – 620 °C / Haltezeit 4 Stunden mit anschließender, langsamer Ofenabkühlung bis ca. 150 °C. Auch mit Schutzgas Stickstoff möglich, keine Glührückstände auf der Oberfläche. Gesamtprozessdauer ca. 30 Stunden.

Wärmebehandlung von NE-Metallen, Aluminium, Spritzguss, Profilen, Fräsformen, Schweißteilen, Auslagern, Lösungsglühen, Kupfer, Titan, Bronze und Messing – nach Vorgaben und gewünschten Eigenschaften.

Anwendung im allgemeinen Maschinenbau, Spindeltechnologie, Präzisionsbauteile, Konstruktionsteile, Schweißkonstruktionen, Formenbau, etc.

Sonstige Wärmebehandlungen

• Aufschrumpfen, Restaustenitreduzierung, Altern, Reinigen
• Einsatzhärten / Aufkohlen, Eht bis 1,8 mm inkl. Anlassen
• Neutralhärten bis 1080 °C, Abschrecken in Warmbadöl, Salzwasser, Luft, Quette (Fixturhärtung für dünne Flachteile)
• Hochlegierte Stähle bzw. Werkzeugteile in Durofolienpackungen verzugsarm und zunderfrei härten
• Vergüten bis zu einer Länge 1200 mm
• Versuchsbehandlungen, Musterbehandlungen, Probehärtungen, Musterbau, Prozesskonzeptionen
• Tiefkühlen in Flüssigstickstoff (–180 °C)
• Verkauf von Flüssigstickstoff in kundeneigenen Cryo-Behältern