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Controlled nitriding and nitrocarburizing – state of the art

  • K.-M. Winter , S. Hoja and H. Klümper-Westkamp
Published/Copyright: May 31, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 66 Issue 2

Abstract

The process of gaseous nitriding is considered to be fully controllable by temperature and the nitriding potential. Most of the commercially used control systems are based on the Lehrer Diagram showing the relation between nitrogen-iron phases, temperature and the partial pressure ratio of ammonia and hydrogen. This is also reflected in the measuring equipment used to determine the nitriding potential. Lehrer's phase diagram was created out of the reactions between set gas mixtures of ammonia and hydrogen and pure iron powder. In industrial nitriding cycles, dealing with real materials and real parts, the results often do not match the expectations. This paper will try to explain the parameters that have to be taken into account and how to measure, set and control the nitriding and carburizing potentials by giving an overview of the available equipment.

Kurzfassung

Der Prozess des Gasnitrierens wird als vollständig kontrollierbar über die Temperatur und das Nitrierpotenzial betrachtet. Die meisten der kommerziell verwendeten Regelsysteme basieren auf dem Lehrer-Diagramm, welches die Abhängigkeit zwischen den Stickstoff-Eisen-Phasen, der Temperatur und dem Partialdruckverhältnis zwischen Ammoniak und Wasserstoff zeigt. Dies spiegelt sich auch in der Messeinrichtung wider, die zur Bestimmung des Nitrierpotenzials verwendet wird. Lehrer entwickelte sein Phasendiagramm aus den Reaktionen zwischen festen Gasmischungen aus Ammoniak und Wasserstoff mit Eisenpulver. In industriellen Nitrierprozessen, die echte Teile aus Stählen behandeln, entsprechen die Ergebnisse oftmals nicht den Erwartungen. Der Artikel wird versuchen die Parameter zu benennen, die dazu beachtet werden müssen, und wie diese mit der heute zur Verfügung stehenden Ausrüstung gemessen, eingestellt und geregelt werden können.

Keywords: Atmosphere potentials; measuring equipment; control policies; relation between potentials and nitrided layers
Schlüsselwörter: Atmosphärenpotenzial; Messeinrichtung; Kontrollmethoden; Beziehung zwischen Potenzial und Nitrierschicht

References

1. Lehrer, E.: Über das Eisen-Wasserstoff-Ammoniak-Gleichgewicht. Z. Elektrochem.36 (1930), pp. 383–392Search in Google Scholar

2. Spies, H.-J.; Berg, H.-J.; Zimdars, H.: Fortschritte beim sensorkontrollierten Gasnitrieren und -nitrocarburieren. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung58 (2003) 4, pp. 189–197Search in Google Scholar

3. Naumann, F. K.; Langenscheid, G.: Beitrag zum System Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff. Arch. Eisenhüttenwes.36 (1965) 9, pp. 677–682Search in Google Scholar

4. Slycke, J.; Sproge, L.; Ågren, J.: Nitrocarburizing and the Ternary Fe-N-C Phase Diagram. Scand. J. Metall.17 (1988), pp. 122–126Search in Google Scholar

5. Kunze, J.: Thermodynamische Gleichgewichte im System Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff. HTM Haerterei-Techn. Mitt.51 (1996) 6, pp. 348–354Search in Google Scholar

6. Weissohn, K. H.; Winter, K.-M.: Nitrieren — Nitrocarburieren. Gaswärme int.8 (2002), pp. 328–336Search in Google Scholar

7. Maldzinski, L.; Liliental, W.; Tymowski, G.; Tacikowski, J.: New Possibilities for Controlling Gas Nitriding Process by Simulation of Growth Kinetics of Nitride Layers. Surf. Eng.15 (1999), pp. 377–384Search in Google Scholar

8. Jung, M.: Entwicklung eines geregelten Drucknitrierprozesses. Dissertation, University Bremen, 1999, pp. 126–131Search in Google Scholar

9. Grabke, H. J.: Reaktionen von NH3, N2, H2 an der Oberfläche von Fe. I. Zur Kinetik der Nitrierung von Eisen mit NH3/H2-Gemischen und der Denitrierung. II. Zur Kinetik der Nitrierung von Fe mit N2 und der Desorption von N2. Berichte Dt. Bunsenges. f. Phys. Chemie72 (1968) 4, pp. 533–548Search in Google Scholar

10. Zimdars, H.: Technologische Grundlagen für die Erzeugung nitridhaltiger Schichten in stickstoffangereicherten Nitrieratmosphären. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg, 1987, pp. 37–39Search in Google Scholar

11. Chatterjee-Fischer, R.: Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, Nitrieren und Nitrocarburieren. Expert Verlag, 1986, pp. 91–93Search in Google Scholar

12. DIN 17022 Teil 3, in: DIN Taschenbuch 218, Werkstofftechnologie 1, Wärmebehandlungstechnik. Beuth Verlag, 1998, pp. 21–22Search in Google Scholar

13. Hoffmann, R.; Kleffmann, I.; Steinmann, H.: Erfahrungen mit der IVANIT-Sonde. Teil 2: Überlegungen zum Ammoniakzerfall. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung60 (2005) 4, pp. 216–222Search in Google Scholar

14. Crevoiserat, O.; Béguin, C.: Côntrole des processus de nitruration et de nitrocarburation gazeuses avec la sonde Datanit. Proc. ATTT-AWT-SVW-VWT-Tagung Nitrieren, 10.-12.04.2002, Aachen, AWT, 2002, pp. 331–339Search in Google Scholar

15. Winter, K.-M.: Nitrocarburieren mit unabhängig geregeltem Nitrier- und Carburierpotenzial. Gaswärme int.4 (2006), pp. 277–279Search in Google Scholar

16. Winter, K.-M.: Gaseous Nitriding: In Theory and in Real Life. Proc. 25th Conf. of the ASM Heat Treating Society, 14.-17.09.2009, Indianapolis, Ind., USASearch in Google Scholar

17. Hoja, S.: Sensorgeregeltes Nitrocarburieren. AiF Abschlussbericht AiF 14999, 10/2009Search in Google Scholar

18. Hoja, S.: Klümper-Westkamp, H.; Hoffmann, F.; Zoch, H.-W.: Mit Nitrier- und Kohlungskennzahl geregeltes Nitrocarburieren. HTM J. Heat Treatm. Mat.65 (2010) 1, pp. 22–29Search in Google Scholar

19. Klümper-Westkamp, H.; Hoja, S.; Deutsch, F.; Zoch, H.-W.: Expertensystem Nitrocarburieren — Teil 1. HTM J. Heat Treatm. Mat.64 (2009) 4, pp. 249–255Search in Google Scholar

Published Online: 2013-05-31
Published in Print: 2011-04-01

© 2011, Carl Hanser Verlag, München

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Keywords for this article
Atmosphere potentials; measuring equipment; control policies; relation between potentials and nitrided layers

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