Wat is nitreerstaal? De ABRAMS® Staalconsulent legt het uit!
Nitreerstalen zijn geschikt voor nitreren als een zeer hoge oppervlaktehardheid verkregen moet worden. Nitreerstaal heeft in de machinebouw industrie vaak de voorkeur vanwege zijn superieure eigenschappen, met name de hardheid en slijtvastheid. Nitreren van staalsoorten wordt toegepast daar waar constructie onderdelen een goede slijtvastheid moeten hebben onder hoge oppervlaktebelasting gecombineerd met een taaie kern.
In tegenstelling tot inzet-harding, waarbij koolstof in het oppervlak wordt aangebracht, wordt bij nitreren stikstof in het oppervlak gediffundeerd.
Nitreerstalen zijn veredelde staalsoorten (EN 10085, voorheen DIN 17 211) die gelegeerd zijn met legeringselementen die de stikstofabsorptie bevorderen, zoals chroom, vanadium, molybdeen, titanium of aluminium. Deze elementen bevorderen de vorming van fijne, zeer harde nitriden en verbeteren daardoor de mechanische eigenschappen van het staal.
Naast de gestandaardiseerde nitreerstalen zijn ook warmwerk- en snelstaal of high speed steel (bijv. 1.2343 X37CrMoV5-1 en 1.3343 – HS6-5-2C) en inzet- en veredelingsstalen (bijv. 1.2162 – 21MnCr5 en 1.6582 – 34CrNiMo6) nitreerbaar.
De betreffende onderdelen mogen tijdens het gebruik niet worden blootgesteld aan overmatige druk op de oppervlakten, omdat anders de nitreerlaag kan afbladderen of het basismateriaal kan worden ingedeukt als gevolg van de lagere interne sterkte. Op dit punt moet worden opgemerkt dat naarmate het legeringsgehalte toeneemt, de mogelijke stikstofpenetratiediepte wordt verminderd. Omgekeerd hebben ongelegeerde staalsoorten de neiging een brosse nitreerlaag te vormen die gemakkelijk kan afbrokkelen.
Wat is nitreren?
Bij het nitreren wordt het staal verhit in een stikstofhoudende omgeving, waardoor stikstofatomen in het oppervlak van het staal dringen en in combinatie daarmee een bijzonder harde laag vormen (tot 1.200 HV). Staalsoorten die geschikt zijn voor dit proces, worden nitreerstalen genoemd. Nitreren is daarom een thermochemische oppervlakteverhardingstechniek.
Staal nitreren is een warmtebehandelingsproces dat is ontwikkeld om de mechanische eigenschappen van staal te verbeteren, met name de slijtvastheid en weerstand tegen vermoeidheid. Voor alle nitreringsprocessen geldt: hoe langer de nitreertijd, hoe dieper de nitreerhardheidsdiepte (tot 0,8 mm voor ongelegeerde en laaggelegeerde staalsoorten, tot 0,15 mm voor hooggelegeerde staalsoorten en edelstaal).
Nitreren kan in verschillende media worden uitgevoerd, waaronder gasnitreren, zoutbadnitreren en plasmanitreren. Bij gasnitreren wordt ammoniak als stikstofbron gebruikt, terwijl bij zoutbadnitreren gebruik wordt gemaakt van cyanidehoudende hardheidszouten. Tijdens plasmanitreren wordt de stikstof geïoniseerd door een elektrische ontlading, waardoor een efficiënte stikstofopslag mogelijk is. Al deze methoden hebben hun eigen voor- en nadelen op het gebied van kosten, controle en impact op het milieu.
Welke soorten nitreerstaal zijn er?
Er zijn veel verschillende soorten nitreerstaal waaruit, afhankelijk van de specifieke behoeften van de toepassing, gekozen kan worden, . Daartoe behoren bijvoorbeeld gasnitreren, vacuümnitreren, plasmanitreren en zoutbadnitreren. Nitreerstalen hebben verschillende hoeveelheden koolstof, chroom, molybdeen en andere elementen die hun mechanische eigenschappen beïnvloeden. Het kiezen van het juiste nitreerstaal vereist een zorgvuldige afweging van de specifieke eisen van de toepassing, waaronder hardheid, slijtvastheid, taaiheid en kosten.
Wat zijn de voordelen van nitreerstaal?
Nitreerstaal heeft een aantal waardevolle eigenschappen. Ten eerste heeft het een hoge oppervlaktehardheid, waardoor het zeer slijtvast is. Dit maakt nitreerstaal ideaal voor toepassingen waarbij een hoge mate van slijtvastheid vereist is, zoals tandwielonderdelen, lagers en gereedschappen.
Ten tweede leidt nitreren niet tot vervorming of vervorming van het onderdeel, omdat het wordt uitgevoerd bij temperaturen (meestal 500 – 520°C) die onder de conversietemperatuur van het staal liggen. Dit is een groot voordeel ten opzichte van andere hardingstechnieken die tot aanzienlijke vervormingen kunnen leiden. Het onderdeel kan dus worden afgewerkt voor het uitharden.
Ten derde verbetert nitreren de weerstand tegen vermoeiing van staal, waardoor het een goede keuze is voor onderdelen die onderhevig zijn aan cyclische belasting. Bovendien is nitreerstaal bestaand tegen ontlaten tot 500°C vanwege de thermische stabiliteit van de nitriden.
Wat zijn de nadelen van nitreerstaal?
Ondanks de voordelen heeft nitreerstaal ook enkele nadelen. Nitreren kan alleen worden uitgevoerd op bepaalde staalsoorten die geschikte elementen bevatten voor de vorming van nitridefasen. Niet alle staalsoorten kunnen met succes worden genitreerd en de keuze van het juiste staal kan een belangrijke factor zijn bij de beslissing om al dan niet te nitreren.
Het toepassingsgebied wordt in de praktijk zorgvuldig onderzocht, omdat de productie van nitreerstaalsoorten vanwege de vele bewerkingen zeer duur is.
Een ander nadeel is de beperkte indringdiepte van het nitreren. Nitreren vindt voornamelijk plaats op het oppervlak van het staal en de penetratiediepte is doorgaans beperkt tot enkele tienden van millimeters. Dit betekent dat genitreerd staal niet geschikt is voor toepassingen waarbij een diepere hardheid vereist is. Bovendien kan nitreren de weerstand van het staal tegen corrosie beïnvloeden, vooral in vochtige of corrosieve omgevingen.
Ondanks deze nadelen is genitreerd staal een uiterst waardevol materiaal in de machinebouw industrie. De hoge oppervlaktehardheid, slijtvastheid en weerstand tegen vermoeiing die door nitreren worden bereikt, zijn vaak cruciaal voor de prestaties van machineonderdelen. Door het staal op de juiste manier te selecteren en te verwerken, kunnen de voordelen van nitreren worden gemaximaliseerd en de nadelen worden geminimaliseerd.
Waar wordt nitreerstaal gebruikt?
Nitreerstalen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen waarbij een hoge slijtvastheid en vermoeiingsweerstand vereist zijn. Voorbeelden hiervan zijn tandwielen, krukassen, nokkenassen en kleppen in de automobielindustrie, maar ook gereedschappen en matrijzen in de kunststofverwerking en metaalbewerking.
Bent u op zoek naar een specifiek gereedschapsstaal en zijn eigenschappen?
Wij hebben een oplossing!
Alle velden met een oranje achtergrond zijn gereedschapsstalen met verschillende eigenschappen.
Ga met één klik naar de gewenste staalsoort.
Maar dat is nog niet alles!
Met onze gepatenteerde ABRAMS® Staalconsulent vindt u in een handomdraai alternatieven voor uw werkstof en de eigenschappen ervan.
Uiteraard kunt u alle informatie gemakkelijk naar u laten e-mailen.
Registratie is niet noodzakelijk! Probeer het uit.
