Carbonitreren

Carbonitreren is een austenitisch (boven A3 temp.) proces van oppervlakteharden dat vergelijkbaar is met carboneren. Het belangrijke verschil met carboneren is dat nu ook stikstof (via NH₃-gas) wordt toegevoegd. Het doel is om de slijtvastheid en oppervlaktehardheid te verhogen door het creëren van een thermochemische oppervlaktehardingslaag.

Voordelen

Carbonitreren wordt voornamelijk toegepast voor het produceren van een hard en slijtvast oppervlak. De diffusie van zowel koolstof als stikstof verhoogt de hardbaarheid van koolstofstaal en laag gelegeerd staal, en zorgt voor een harder oppervlak dan carboneren. Het proces van carbonitreren is bijzonder geschikt voor schone massaproductie van kleine componenten. Door de lagere temperatuur die is vereist voor het carbonitreren ten opzichte van carboneren, is de vervorming bij deze warmtebehandeling iets kleiner. Een gematigde afkoelsnelheid reduceert het risico op hardingsscheuren.

Applicaties en materialen

Austenitisch carbonitreren wordt met succes toegepast op massaproductie componenten met, kleine afmetingen, waar grote slijtvastheid en een inzethardingsdiepte tussen 0,1 tot maximaal 0,75 mm vereist is. Veel gebruikte toepassingen zijn onder meer:

• tandwielen en assen
• zuigers
• rollen en lagers
• hendels in hydraulisch, pneumatisch en mechanisch aangedreven systemen.

In de eerste plaats om slijtvastheid en vermoeiingssterkte van puur koolstofstaal te verbeteren.

Een grote verscheidenheid aan staal kan worden gecarbonitreerd; van ongelegeerd koolstofstaal tot zachte constructiestaalsoorten (met een gereduceerd gehalte aan aluminium), laaggelegeerd staal met max. 0,25% koolstof, automatenstaal en gesinterd staal.

Procesdetails

(Austenitisch) carbonitreren is een thermochemische behandeling met de opname van zowel koolstof als stikstof in het oppervlak van een component, doorgaans tegelijkertijd. Het proces wordt uitgevoerd bij lagere temperaturen, en gewoonlijk gedurende kortere tijd dan carboneren, en daarom is het risico op vervorming iets kleiner. De gediffundeerde stikstof heeft een stabiliserend effect op austeniet en verlaagt de kritische afkoelsnelheid en bijgevolg de hardbaarheid van het staal.

Voor het afschrikken bij carbonitreren van zacht staal kan olie worden gebruikt. Dat is minder heftig dan water, wat voor het harden van dergelijk staal normaal noodzakelijk is. Het resultaat is minder vervorming bij de warmtebehandeling.

Carbonitreren wordt gewoonlijk uitgevoerd in een temperatuurbereik van 820-900°C in een gasatmosfeer, met toevoeging van 0,5 tot 0,8% koolstof en 0,2-0,4% (<5%) stikstof aan het oppervlak van gewoon koolstofstaal of laaggelegeerd staal. Na de diffusietijd worden de componenten direct afgeschrikt in olie. De verkregen oppervlaktehardingsdiepte of inzethardingsdiepte (CHD) is gewoonlijk niet groter dan ongeveer 0,7 mm. Deze hangt niet alleen af van carbonitreerdieptes, maar ook van de hardingstemperatuur, de afschriksnelheid, de hardbaarheid van het staal en de afmetingen van het onderdeel. De warmtebehandeling wordt afgerond door ontlaten op lage temperatuur tussen 150-200°C, om de brosheid te verlagen. De ontlaattemperatuur wordt gekozen naargelang de  tribologische omstandigheden.