Povrchová tvrdost Nitriding z slitiny oceli je nejvyšší v nejvzdálenější vrstvě v důsledku intenzivní tvorby nitridů. Proces nitridingu zahrnuje difúzi atomů dusíku do povrchu oceli, který reaguje s železnými nebo jinými prvky slitiny za vzniku tvrdých nitridů, jako jsou nitridy železa (Fe4n, Fe2-3N), nitridy chromu nebo nitridy z hliníku. Tyto sloučeniny významně zvyšují tvrdost povrchu a dosahují hodnot tak vysokých jako HV 1000-1200 nebo dokonce vyšší. Díky této tvrzené vrstvě je materiál vysoce odolný vůči opotřebení, otěru a únavě povrchu, díky čemuž je ideální pro vysoce výkonné aplikace v průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl, letecký průmysl a nástroje. Hlavním přínosem této vysoké tvrdosti povrchu je zvýšená schopnost materiálu odolávat poškození povrchu, udržovat funkčnost a estetiku za drsných podmínek.
Proces nitridingu má za následek postupný gradient tvrdosti od povrchu k jádru oceli. Jak dusík difunduje do oceli, koncentrace dusíku klesá s hloubkou, což vede k postupně nižší hustotě nitridů dále pod povrchem. To způsobuje, že tvrdost postupně klesá z vnější nitridované vrstvy do podkladové oceli. Tvrdost poblíž povrchu může být stejně vysoká jako HV 1000-1200, zatímco na několika mikronech pod povrchem klesá tvrdost kolem HV 600-800. Když budete pokračovat hlouběji do nitridované vrstvy, stává se ještě měkčí, přičemž hodnoty tvrdosti se dále klesají. Gradient v tvrdosti zajišťuje, že ocel si zachovává tvrdé jádro, které vydrží mechanické napětí a zároveň zajišťuje tvrdý exteriér, který odolává opotřebení a únavě. Tento gradient tvrdosti může být navržen na základě potřeb aplikací a nabízí optimální rovnováhu mezi trvanlivostí povrchu a vnitřní houževnatostí.
Pod dusitovaným povrchem zůstává tvrdost materiálu jádra do značné míry ovlivněna procesem nitridingu. Jádro materiálu, který je většinou oceli, si zachovává původní tvrdost a mechanické vlastnosti, jak je stanoveno slitinou základní oceli. Pro ocel z nitridingu slitiny zůstává tvrdost jádra v rozsahu HV 300-450, v závislosti na složení slitiny, historii tepelného zpracování a celkové metalurgické struktuře. Zatímco nitriding významně zvyšuje povrchové vlastnosti, jádro poskytuje požadovanou tažnost, nárazovou odolnost a houževnatost, která chrání část před katastrofickým selháním. Měkčí jádro umožňuje složce absorbovat nárazové síly bez praskání nebo křehkého, což přispívá k celkovému výkonu materiálu v náročných aplikacích, kde je potřeba jak houževnatost, tak tvrdost.
Vliv parametrů procesu: Několik nitridingových parametrů, včetně času, teploty a koncentrace dusíku, hraje klíčovou roli při určování hloubky nitridované vrstvy a výsledným profilem tvrdosti. Delší doba nitridingu a vyšší teploty umožňují dusíku difundovat hlouběji do oceli, což má za následek silnější nitridovanou vrstvu s vyšší tvrdostí povrchu. Naopak, kratší doby nitridingu nebo nižší teploty mohou vést k tenčí nitridované vrstvě s méně výraznou tvrdostí povrchu. Koncentrace dusíku v nitridingové atmosféře také ovlivňuje tloušťku tvrzené vrstvy. Například vyšší koncentrace dusíku obecně vedou k hlubší a tvrdší nitridované vrstvě. Řízení nad těmito parametry umožňuje inženýrům přizpůsobit hloubku a tvrdost nitridované vrstvy, aby vyhovovala specifickým požadavkům na aplikaci, vyvážení odporu opotřebení a houževnatost jádra.
Účinek hloubky vrstvy na výkon: Hloubka nitridované vrstvy významně ovlivňuje výkonové charakteristiky materiálu. Mělčí nitridovaná vrstva je ideální pro aplikace, kde je část vystavena světlému otěru nebo povrchovému opotřebení. Tento typ léčby nabízí vynikající odolnost proti opotřebení při zachování tvrdého jádra pro celkovou strukturální integritu. Hlubší nitridovaná vrstva, na druhé straně, je vhodnější pro komponenty vystavené závažnému opotřebení, únavě nebo vysokému zatížení, protože poskytuje podstatnější ochranu a delší životnost. Měnící se tvrdost napříč nitridovanou vrstvou zajišťuje, že část dokáže odolávat vysokým hladinám povrchového stresu a zároveň se vyhnout katastrofickému selhání v důsledku křehkosti.
