Die Oberflächenbeschaffenheit von legiertem Stahl verändert sich nach dem Nitrieren erheblich, da sich auf der Oberfläche eine harte, verschleißfeste Schicht bildet. Hier sind die wichtigsten Änderungen und Eigenschaften der Oberflächenbeschaffenheit nach dem Nitrieren:
Verbesserte Verschleißfestigkeit: Die Bildung einer harten Nitrierschicht auf der Stahloberfläche erhöht die Verschleißfestigkeit erheblich. Diese Schicht fungiert als Schutzbarriere gegen mechanischen Verschleiß und reduziert den Materialverlust beim Reibungskontakt. Die erhöhte Verschleißfestigkeit der nitrierten Schicht ist besonders vorteilhaft für Komponenten in Umgebungen mit hohem Verschleiß, wie z. B. Lager, Ventilteile und Extrusionsschnecken. Die nitrierte Oberfläche reduziert die Häufigkeit von Wartung und Austausch, was zu niedrigeren Betriebskosten und einer verbesserten Effizienz der Maschinen führt.
Oberflächenrauheit: Nitrieren kann aufgrund der Bildung von Nitriden zu einer leichten Erhöhung der Oberflächenrauheit führen. Die anfängliche Oberflächenbeschaffenheit des legierten Stahls spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der endgültigen Rauheit nach dem Nitrieren. Feinbearbeitete oder polierte Oberflächen weisen tendenziell eine glattere Oberfläche auf, während bei raueren Oberflächen eine deutlichere Zunahme der Rauheit zu verzeichnen ist. Diese Änderung der Rauheit kann minimiert werden, indem die Parameter des Nitrierprozesses gesteuert und Nachbearbeitungstechniken wie Polieren oder Schleifen eingesetzt werden, um die gewünschte Oberflächentextur zu erzielen. Die Aufrechterhaltung einer glatten Oberflächenbeschaffenheit ist für Anwendungen, bei denen geringe Reibung und hohe Präzision erforderlich sind, von entscheidender Bedeutung.
Farbveränderung: Die Oberfläche von nitriertem legiertem Stahl weist typischerweise eine Farbveränderung auf, die von dunkelgrau bis schwarz reicht. Diese Farbveränderung resultiert aus der Bildung von Eisennitriden auf der Oberfläche. Die verdunkelte Oberfläche ist ein optischer Indikator für einen erfolgreichen Nitrierprozess und kann auch für ein gewisses Maß an Korrosionsbeständigkeit sorgen. Der gleichmäßige Farbwechsel steigert die Ästhetik des Bauteils und dient als Qualitätskontrollmarker für eine konsistente Nitrierbehandlung über Chargen hinweg.
Oberflächenstruktur: Beim Nitrieren entsteht eine komplexe Oberflächenstruktur, die durch die Bildung einer Verbindungsschicht, auch Weißschicht genannt, auf der Oberfläche gekennzeichnet ist. Diese Verbindungsschicht besteht aus Eisennitriden, hauptsächlich ε-Fe2-3N und γ'-Fe4N, die zur erhöhten Härte und Verschleißfestigkeit beitragen. Unter der Verbindungsschicht liegt die Diffusionszone, in der Stickstoffatome in die Stahlmatrix eingedrungen sind und deren mechanische Eigenschaften verbessert haben. Die Verbindungsschicht ist normalerweise sehr dünn (einige Mikrometer), spielt jedoch eine entscheidende Rolle beim Schutz des darunter liegenden Materials vor Verschleiß und Ermüdung. Diese strukturierte Schichtung verbessert die Gesamtleistung und Langlebigkeit der Komponente.
Korrosionsbeständigkeit: Der Nitrierprozess kann die Korrosionsbeständigkeit von legiertem Stahl verbessern, indem er eine Schutzschicht aus Nitriden auf der Oberfläche bildet. Diese Nitride wirken als Barriere, verhindern das Eindringen von Korrosionsmitteln und reduzieren die Oxidations- und Rostbildungsrate. Diese Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit ist besonders vorteilhaft für Komponenten, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind, wie z. B. Ausrüstung für die chemische Verarbeitung, Schiffsanwendungen und Automobilteile. Die erhöhte Korrosionsbeständigkeit verlängert die Lebensdauer der Komponenten und reduziert den Bedarf an häufiger Wartung oder Schutzbeschichtungen.
Oberflächenintegrität: Nitrieren verbessert die Gesamtoberflächenintegrität von legiertem Stahl durch die Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Oberflächenschicht. Diese Druckspannungen wirken Zugspannungen entgegen, die zur Rissbildung und -ausbreitung führen können, und erhöhen so die Ermüdungsbeständigkeit des Bauteils. Eine verbesserte Oberflächenintegrität stellt sicher, dass nitrierte Komponenten zyklischen Belastungen standhalten und ihre Lebensdauer in anspruchsvollen Anwendungen verlängern. Die nitrierte Schicht bietet außerdem eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Temperaturwechsel und eignet sich daher für dynamische Umgebungen und Umgebungen mit hohen Temperaturen.
