Carboneren versus nitreren

Zowel carboneren als nitreren zijn belangrijke oppervlaktehardingsprocessen in de metallurgie, met de volgende verschillen:
Procesprincipes

•CarburatieHet proces houdt in dat koolstofarm staal of koolstofarm gelegeerd staal in een koolstofrijk medium bij een bepaalde temperatuur wordt verhit. De koolstofbron ontleedt en produceert actieve koolstofatomen, die door het staaloppervlak worden geabsorbeerd en naar binnen diffunderen, waardoor het koolstofgehalte van het staaloppervlak toeneemt.
•NitrerenHet is een proces waarbij actieve stikstofatomen bij een bepaalde temperatuur in het oppervlak van staal doordringen, waardoor een nitridelaag ontstaat. De stikstofatomen reageren met legeringselementen in het staal en vormen nitriden met een hoge hardheid en goede slijtvastheid.
Procestemperatuur en -tijd

•CarburatieDe temperatuur ligt doorgaans tussen 850 °C en 950 °C. Het proces duurt relatief lang, meestal enkele tot tientallen uren, afhankelijk van de gewenste dikte van de gecarboniseerde laag.
•NitrerenDe temperatuur is relatief laag, doorgaans tussen de 500°C en 600°C. De duur is ook lang, maar korter dan bij carboneren, meestal tientallen tot honderden uren.
Eigenschappen van de doordrongen laag

•Hardheid en slijtvastheid

•CarburatieDe oppervlaktehardheid van het staal kan na carbonisatie 58-64 HRC bereiken, wat wijst op een hoge hardheid en slijtvastheid.
•NitrerenNa nitreren kan de oppervlaktehardheid van het staal 1000-1200 HV bereiken, wat hoger is dan na carboneren, en resulteert in een betere slijtvastheid.
•Vermoeidheidssterkte

•CarburatieHet kan de vermoeiingssterkte van staal verbeteren, met name bij buig- en torsievermoeiing.
•NitrerenHet kan ook de vermoeiingssterkte van staal verhogen, maar het effect is relatief zwakker dan dat van carboneren.
•Corrosiebestendigheid

•CarburatieDe corrosiebestendigheid na carbonisatie is relatief laag.
•NitrerenNa het nitreren wordt een dichte nitridelaag op het staaloppervlak gevormd, wat zorgt voor een betere corrosiebestendigheid.
Toepasselijke materialen

•CarburatieHet is geschikt voor koolstofarm staal en koolstofarm gelegeerd staal en wordt vaak gebruikt bij de vervaardiging van tandwielen, assen en andere onderdelen die grote belastingen en wrijving moeten weerstaan.
•NitrerenHet is geschikt voor staalsoorten die legeringselementen bevatten zoals aluminium, chroom en molybdeen. Het wordt vaak gebruikt voor de productie van zeer nauwkeurige en slijtvaste onderdelen, zoals mallen en meetinstrumenten.
Proceskenmerken

•Carburatie

•VoordelenHet levert een relatief diepe gecarboniseerde laag op, waardoor het draagvermogen van de onderdelen verbetert. Het proces is relatief eenvoudig en de kosten zijn laag.
• Nadelen: De carbonisatietemperatuur is hoog, wat gemakkelijk tot vervorming van het onderdeel kan leiden. Na het carboniseren is een warmtebehandeling zoals afschrikken nodig, wat de complexiteit van het proces verhoogt.
•Nitreren

• De nitreertemperatuur is laag, wat resulteert in minder vervorming van het onderdeel. Het kan een hoge hardheid, goede slijtvastheid en corrosiebestendigheid bereiken. Afschrikken na het nitreren is niet nodig, wat het proces vereenvoudigt.
•NadelenDe genitreerde laag is dun en heeft een relatief laag draagvermogen. Het nitreerproces duurt lang en de kosten zijn hoog.