Durch Nitrieren wird die Oberflächenhärte von Stahlstäben erhöht, wodurch diese widerstandsfähiger gegen plastische Verformung unter Stoßbelastungen werden. Die gehärtete nitrierte Schicht, die typischerweise aus Nitriden wie Eisennitriden besteht, sorgt für eine erhöhte Beständigkeit gegen Oberflächenverschleiß und Ermüdung. Diese verbesserte Härte trägt dazu bei, dass die Stahlstangen hohen Aufprallkräften standhalten, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Rissen, Lochfraß oder Absplitterungen auf der Oberfläche verringert wird. Wenn der Nitrierungsprozess jedoch nicht tief genug erfolgt, kann das Kernmaterial unter extremen Stoßbelastungen dennoch anfällig für Ausfälle sein, insbesondere wenn die Masseneigenschaften des Stabstahls (z. B. Zähigkeit und Duktilität) nicht ausreichend berücksichtigt werden.
Durch Nitrieren wird die Ermüdungsbeständigkeit von Stahlstäben unter kontinuierlicher oder zyklischer Beanspruchung deutlich verbessert. Der Prozess erzeugt eine Druckeigenspannungsschicht auf der Oberfläche, die dazu beiträgt, der Entstehung und Ausbreitung von Rissen bei wiederholter Belastung entgegenzuwirken. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen Stahlstangen ständiger Belastung oder Vibration ausgesetzt sind, beispielsweise in Wellen, Zahnrädern und Federn. Je tiefer die nitrierte Schicht ist, desto besser ist die Fähigkeit des Materials, kontinuierlicher Belastung über einen längeren Zeitraum standzuhalten, ohne dass es zu Ausfällen kommt. Die Kombination aus Oberflächenhärte und Druckspannungsverteilung minimiert das Risiko eines Ermüdungsversagens und verlängert die Lebensdauer der Stahlstange bei anspruchsvollen Anwendungen.
Sowohl unter Stoß- als auch unter Dauerbelastungsbedingungen Nitrierstahlstangen weisen eine verbesserte Verschleißfestigkeit auf. Die durch den Nitrierprozess erzeugte gehärtete Oberfläche macht den Stahl weniger anfällig für Oberflächenverschlechterung durch Reibung, Erosion oder abrasiven Verschleiß. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen wie Walzwerken, Automobilteilen und Schwermaschinen, bei denen Stahlkomponenten einem hohen Verschleiß unterliegen. Die Verschleißfestigkeit wird erhöht, da die Nitrierbehandlung eine harte, dauerhafte Schicht bildet, die selbst unter hohen Belastungsbedingungen einem Materialverlust standhält.
Bei Anwendungen mit längerer Belastung bei erhöhten Temperaturen kann Nitrieren dazu beitragen, die Kriechfestigkeit von Stahlstangen zu verbessern. Durch Nitrieren wird die Oberflächenhärte erhöht, wodurch das Material einer Verformung bei Langzeitbeanspruchung bei hohen Temperaturen standhält. Während sich das Nitrieren hauptsächlich auf die Oberflächenschicht auswirkt, kann es dennoch positive Auswirkungen auf die Gesamtleistung von Stahlstäben haben, die in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden, in denen Kriechverformung ein Problem darstellt.
Während das Nitrieren die Leistung unter verschiedenen Belastungsbedingungen verbessert, ist auch die Reaktion des Stahls auf Temperaturänderungen während der Belastung wichtig. Die nitrierte Schicht erhöht die Fähigkeit des Stahlstabs, erhöhten Temperaturen ohne nennenswerte Verschlechterung standzuhalten. Bei sehr hohen Temperaturen kann es jedoch zu Veränderungen der Mikrostruktur der Nitride kommen, die sich auf die Festigkeit und Härte des Materials auswirken können. Stahlstäbe, die bis zu einer hohen Tiefe nitriert sind, können bei erhöhten Temperaturen im Vergleich zu unbehandelten oder leicht nitrierten Stäben eine bessere Leistung beibehalten.
