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Randschichthärtung

Dieses ist eine Methode um bei metallischen Bauteilen die äußersten Schichten zu härten. Dieser Begriff umfasst gem. DIN 10 052 jedoch nur die Verfahren, bei denen die Randschicht austenitisiert wird wie Flammhärten, Induktionshärten, Laserstrahl- und Elektronenstrahlhärten. Beim Austenitisieren kommt es zu einer Gefügeumwandlung, da der Stahl bis in den Austenitbereich erhitzt wird. Beim Nitrieren findet die Härtung i. d. R. ohne Gefügeumwandlung statt. Bei einigen Anwendungen ist es aber durchaus erforderlich, im Inneren eines Werkstückes eine hohe Zähigkeit, die Oberfläche aber hart und verschleißfest zu haben. Angewandt wird dieses z. B.  bei Nockenwellen oder Zahnrädern. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass Druckeigenspannungen in der Oberfläche des Bauteils entstehen, die die Schwingfestigkeit der Bauteile sehr verbessern. Nach dem Oberflächenhärten wird das Werkstück angelassen, um die durch das Härten entstandene Sprödigkeit – bei geminderter Härte – herabzusetzen. (Verfahren sind: Induktivhärten, Flammhärten, Einsatzhärten, Nitrieren (Nitridieren) und Laserhärten).

Das Nitrieren ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung (Randschichthärtung). Es wird fachsprachlich auch aus Aufsticken (Zufuhr von Stickstoff analog der Zufuhr von Kohlenstoff bei der Aufkohlung) bezeichnet und stellt ein Verfahren zum Härten von Stahl dar. Es gehört zu den Fertigungsverfahren, bei denen das Produkt durch Modifizieren der Werkstoffeigenschaften erzeugt wird. Dazu wird Stickstoff verwendet. Es entsteht eine Oberflächenschicht, die bis etwa 500 °C  beständig ist. Das Fertigungsverfahren wird i. d. R. bei Temperaturen um (500…520)°C bei Behandlungszeiten  von 1 bis 100 Stunden  durchgeführt, wobei der Kern des Werkstoffes ferritisch bleibt und ebenso die Bildung von oberflächennahem Austenit durch Eindiffusion  von Stickstoff vermieden wird. An der Werkstückoberfäche bildet sich durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff in das Werkstück eine sehr harte oberflächliche Verbindungsschicht (£- und ¥- Eisennitride), die je nach  Behandlungszeit (10…30)  dick werden kann und mehr oder weniger stark ausgeprägte Porensäume an der Oberfläche aufweist, die man wiederum als Träger von z. B. Gleitmitteln verwenden kann. Verbindungsschichtfreies Nitrieren für eine spätere chemische oder galvanische Beschichtung ist möglich. Unter der Verbindungsschicht befindet sich die Diffusionszone , in der der Stickstoff bis zu einer bestimmten Tiefe in der ferritischen Metallmatrix eingelagert ist. Dieser, in fester Lösung eingelagerte Stickstoff führt zu einer Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit. Die sogenannte Nitrierhärtetiefe  (Nht) wird über die Grenzhärte definiert. Die Grenzhärte liegt bei 50 HV über der Kernhärte des Werkstückes. Eine besonders hohe Härte  in der Diffusionszone kann bei sogenannten Nitrierstählen erreicht werden. Um den Korrosionsschutz dieser Schichten zu erhöhen ist es möglich, die Verbindungsschicht  zu oxidieren. Das geschieht üblicherweise durch eine Dampfbeaufschlagung, die die Eisenanteile  korrodieren lässt und so eine Oxidschutzschicht bildet.