Beim Nitrieren wird Stickstoff an ein Metall gebunden, um es zu härten. Dies ist eine Form des Einsatzhärtens, bei der eine dünne Schicht einer starken Legierung auf dem äußeren Teil eines Metallgegenstands erzeugt wird. Einige der am häufigsten nitrierten Materialien sind kohlenstoffarme Stähle, obwohl das Verfahren auch mit anderen Metallen wie Titan oder Molybdän verwendet werden kann. Nitrieren kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten verwendet werden, einschließlich Zahnräder, Matrizen und Nocken- oder Kurbelwellen. Es gibt drei Hauptnitrierverfahren, von denen jedes eine andere stickstoffreiche Substanz verwendet, um das gewünschte Einsatzhärten zu erreichen.
Der Nitrierungsprozess kann durch die Kombination eines stickstoffreichen Mediums, Metall und Wärme erreicht werden. Bei starker Hitzeeinwirkung kann ein Teil des Stickstoffs aus dem Donormedium mit dem Metall legieren. Bei richtiger Ausführung kann dies zu einer sehr harten Legierung aus Stickstoff und dem verwendeten Metall führen. Einige der ersten Studien zu dieser Art des Einsatzhärtens fanden in den 1930er Jahren statt. Das Verfahren wurde etwa zur gleichen Zeit sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in Deutschland entdeckt, obwohl es erst nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs weit verbreitet war.
Ammoniakgas war eines der ersten Medien, das verwendet wurde, um Stickstoff mit Stahl in einem Prozess namens Ammoniaknitrierung zu legieren. Das Verfahren umfasst typischerweise das Erhitzen eines Metallstücks und das anschließende Aussetzen an Ammoniak. Durch die Hitze kann das Gas dann in Wasserstoff und Stickstoff zerfallen, woraufhin ein Teil des Stickstoffs in das Metall sublimieren kann. Dieses Verfahren kann eine große Kontrolle darüber ermöglichen, wie tief der Stickstoff eindringt und die spezifischen Eigenschaften der resultierenden Legierung. Weitere Vorteile im Vergleich zu anderen Verfahren sind die einfache Verarbeitung großer Chargen und die kostengünstige Ausrüstung.
Ein anderer Prozess, der Stickstoff mit Metall legieren kann, umfasst typischerweise ein Bad aus Cyanidsalz. Diese Art des Nitrierens erfordert, dass erhitztes Metall in stickstoffreiches Salz eingebracht wird. Neben dem Legieren mit Stickstoff kann das Metall in einem als Carbonitrieren bekannten Verfahren auch Kohlenstoff aus dem Salz aufnehmen. Dies ist ein relativ schnelles und kostengünstiges Verfahren, obwohl die beteiligten Salze normalerweise sehr giftig sind. Die Gesamtkosten des Verfahrens können sich erhöhen, wenn eine Gerichtsbarkeit strenge Vorschriften zur Entsorgung giftiger Stoffe hat.
Plasmanitrieren ist ein weiteres Verfahren, das zum Einsatzhärten von Metall verwendet werden kann. Bei diesem Verfahren wird reiner Stickstoff typischerweise zu Plasma überhitzt. Andere Gase können auch verwendet werden, obwohl das allgemeine Konzept die Erzeugung von Stickstoffionen beinhaltet, die sich dann mit dem Metall verbinden können. Diese Art des Einsatzhärtens ist typischerweise sehr genau, schnell und kann zu sofort einsatzbereiten Teilen führen.