Základy nitridování: plynové a plazmové nitridování bez kalení

Jiný princip vytvrzování

Na rozdíl od cementování se nitridování nespoléhá na fázovou přeměnu. Díly se ohřívají na zhruba 500–580 °C — pod teploty popouštění a přeměny oceli — v prostředí dodávajícím dusík (plynný čpavek, nebo dusíkové plazma). Dusík difunduje dovnitř a tvoří s legujícími prvky v oceli jemné, tvrdé nitridy. Protože se poté nic nekalí, deformace je minimální a lze zpracovávat hotové díly.

Obě zóny

Nitridovaný povrch má dvě odlišné oblasti:

• Sloučeninová vrstva („bílá vrstva“) — tenký povrchový film nitridů železa, obvykle o tloušťce několika mikrometrů až několika desítek mikrometrů. Je velmi tvrdá, odolává zadírání a korozi, ale může být křehká; u přesných nebo únavově zatížených dílů se často omezuje nebo odstraňuje lapováním.
• Difuzní zóna — pod ní dusík v tuhém roztoku a precipitáty nitridů legur postupně zvyšují tvrdost zpět na úroveň jádra. Celkové hloubky vrstvy jsou obvykle zhruba 0.2–0.7 mm, mnohem mělčí než cementované vrstvy, protože nižší teplota zpomaluje difuzi a cykly již běží desítky hodin.

Povrchová tvrdost silně závisí na oceli: značky obsahující hliník a chrom mohou překročit zhruba 1000 HV, zatímco nelegované uhlíkové oceli získají jen o málo více než povrchovou ochranu — chybí jim prvky tvořící nitridy.

Oceli, které se dobře nitridují

Nitridovací oceli jsou záměrně legovány hliníkem, chromem, molybdenem a vanadem:

• 1.8550 (31CrMoV9) — klasická speciální nitridovací ocel, dodávaná v zušlechtěném stavu.
• 4140 / 42CrMo4 — široce nitridovaná pro hřídele a ozubená kola, kde postačuje střední tvrdost vrstvy.
• H13 (1.2344) — formy pro práci za tepla se běžně nitridují (nebo nitrokarbonizují), aby odolávaly nalepování a síti tepelných trhlin při tlakovém lití.
• Korozivzdorné a maraging oceli mají své vlastní nízkoteplotní varianty, aby se nepoškodila korozní odolnost nebo zestárlá struktura.

Procesní pravidla, na kterých záleží

1. Nejprve předem vytvrdit. Jádro se před nitridováním zakalí a popustí a finální teplota popouštění musí být bezpečně nad teplotou nitridování — jinak cyklus sám jádro přepopustí.
2. Po hrubém obrábění odstranit pnutí, aby nitridovací cyklus nemusel dělat dvě práce najednou.
3. Plyn vs. plazma. Plynové nitridování je ekonomický standard pro vsázky. Plazmové (iontové) nitridování nabízí lepší kontrolu bílé vrstvy, snáze pracuje s korozivzdornými značkami a může mechanicky maskovat oblasti, při vyšších nákladech na zařízení.
4. Žádné kalení znamená žádnou záchranu. Povrchové vady, oduhličení nebo měkké jádro na vstupu tam budou i na výstupu — kvalita přípravy rozhoduje o výsledku.

Nitridování versus cementování

Oba procesy vytváření tvrdé vrstvy se doplňují, nekonkurují si. Cementování dává hlubší vrstvy (běžně třídy 0.5–2 mm), vyšší únosnost a nižší jednotkové náklady u velkoobjemových ozubených kol, ale potřebuje kalení, s deformací a dokončovacím broušením, které následují. Nitridování dává mělčí vrstvy a nižší limity kontaktního zatížení, ale díl může být před zpracováním obroben na hotovo a vychází rozměrově stabilní, s lepší korozní odolností a chováním proti zadírání. Rozhodujícími faktory jsou obvykle požadovaná hloubka vrstvy, tolerance deformace a to, zda daná ocel obsahuje prvky tvořící nitridy, na kterých nitridování závisí.