Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter September 4, 2021

Optimized Nitriding for Subsequent Induction Heat Treatment

Optimierung von Nitrierschichten für eine nachfolgende Induktionswärmebehandlung
  • S. Hoja EMAIL logo , D. Nadolski , M. Steinbacher and R. Fechte-Heinen

Abstract

Nitriding is used to achieve a high hardness in the surface layer through the precipitation of nitrides. However, to realize high nitriding hardness depths, treatment times of many hours are necessary, which usually also result in a decrease in strength within the nitrided layer and base material. With induction heat treatment, on the other hand, high hardness depths can be achieved in a very short time. However, the maximum hardness increase is limited by the alloy content of the material. By combining nitriding and induction hardening, high hardness depths can be achieved in short treatment times as an alternative to deep nitriding. In addition to a significant saving in process energy surface layer properties that cannot be achieved with the individual processes are expected. In order to fully exploit the potential of the combination treatment, at first suitable conditions must be set during nitriding for the subsequent induction hardening. In the present work, nitriding layers with low-porosity compound layers as well as only diffusion layers were produced and analyzed on typical nitriding and tempering steels for this purpose.

Kurzfassung

Durch das Nitrieren und die damit verbundene Ausscheidung von Nitriden kann eine hohe Härte in der Randschicht erzielt werden. Zum Erreichen hoher Nitrierhärtetiefen sind jedoch Behandlungsdauern von vielen Stunden notwendig, die in der Regel auch eine Festigkeitsabnahme des Grundmaterials und der Nitrierschicht zur Folge haben. Mit der induktiven Wärmebehandlung hingegen können in sehr kurzer Zeit hohe Härtetiefen erzielt werden. Die maximale Härtesteigerung ist hierbei jedoch durch den Legierungsgehalt des Werkstoffs begrenzt. Durch eine Kombinationsbehandlung aus Nitrieren und Induktionshärten können hohe Härtetiefen in kurzen Behandlungsdauern als Alternative zum Tiefnitrieren erreicht werden. Es wird nicht nur eine deutliche Einsparung von Prozessenergie erwartet, sondern auch Randschichteigenschaften, die mit den Einzelverfahren nicht einstellbar sind. Um das Potential der Kombinationsbehandlung voll auszuschöpfen, müssen beim Nitrieren zunächst geeignete Zustände für das anschließende Induktionshärten eingestellt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden dafür an typischen Nitrier- und Vergütungsstählen Nitrierschichten mit porenarmen Verbindungsschichten sowie reine Diffusionsschichten erzeugt und analysiert.

Acknowledgement

The authors gratefully acknowledge support from the Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. The project IGF 21050 N was funded by the AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V.) trough financial ressources from the BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie).

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 21050 N der Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

References

1 Hoja, S.; Hoffmann, F.; Steinbacher, M.; Zoch, H.-W.: Untersuchung des Anlasseffekts beim Nitrieren. HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 6, pp. 335–343, DOI:10.3139/105.11036110.3139/105.110361Search in Google Scholar

2 Unterweiser, P. M.: Method for hardening a nitrided steel. US Patent No. 3137596, 1964Search in Google Scholar

3 Zenker, R.: Beitrag zur Entwicklung neuer Wärmebehandlungstechnologien in Verbindung mit hohen Erwärmungsgeschwindigkeiten. Dissertation, Bergakademie Freiberg, 1986Search in Google Scholar

4 Finnern, B.: Kombination einer Tenifer-Behandlung mit einem der bekannten Oberflächenhärteverfahren. Tenifer-Mitteilungen 6 (1971)1, A19-A20Search in Google Scholar

5 Uhlig, W.: Metallkundliche und wärmebehandlungstechnische Untersuchungen zur Weiter- und Neuentwicklung von Wärmebehandlungsverfahren. Forschungsbericht, Karl-Marx-Stadt, 1981Search in Google Scholar

6 Zornek, B.; Hoja, S.; Tobie, T., Hoffmann, F.: Tribologische Tragfähigkeit nitrierter Innen- und Außenverzahnungen bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten. AIF17730, FVA, Frankfurt, 2017Search in Google Scholar

7 Sommer, M.; Hoja, S.; Steinbacher, M.; Fechte-Heinen, R.: Untersuchung von Verbindungsschichtstrukturen nach Nitrieren und Nitrocarburieren von Vergütungsstählen. HTM J. Heat Treatm. Mat. 76 (2021) 3, pp. 219–236, DOI:10.1515/ htm-2021-000510.1515/htm-2021-0005Search in Google Scholar

8 Hoja, S.; Steinbacher, M.; Zoch, H.-W.: Compound Layer Design for Deep Nitrided Gearings. Metals 10 (2020) 4, 455, DOI:10.3390/met1004045510.3390/met10040455Search in Google Scholar

9 Spies, H.-J.; Berg, H.-J.; Zimdars, H.: Fortschritte beim Sensorkontrollierten Gasnitrieren und -nitrocarburieren. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 58 (2003) 4, pp. 189–197Search in Google Scholar

10 Huchel, U.; Klümper-Westkamp, H.; Liedtke, D.: Lichtmikroskopische Bestimmung der Dicke und Porigkeit der Verbindungsschichten nitrierter und nitrocarburierter Werkstücke. Der Wärmebehandlungsmarkt (2006) 1, pp. 5–8Search in Google Scholar

Published Online: 2021-09-04
Published in Print: 2021-08-31

© 2021 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany

Downloaded on 21.2.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/htm-2021-0008/pdf
Scroll to top button