Βασικά Εναζώτωσης: Εναζώτωση Αερίου και Πλάσματος Χωρίς Βαφή

Μια διαφορετική αρχή σκλήρυνσης

Σε αντίθεση με την ενανθράκωση, η εναζώτωση δεν βασίζεται σε μετασχηματισμό φάσης. Τα εξαρτήματα θερμαίνονται σε περίπου 500–580 °C — κάτω από τις θερμοκρασίες επαναφοράς και μετασχηματισμού του χάλυβα — σε περιβάλλον που παρέχει άζωτο (αέριο αμμωνίας, ή πλάσμα αζώτου). Το άζωτο διαχέεται προς τα μέσα και σχηματίζει λεπτά, σκληρά νιτρίδια με τα κραματικά στοιχεία στον χάλυβα. Επειδή τίποτα δεν βάφεται στη συνέχεια, η παραμόρφωση είναι ελάχιστη και τα τελειωμένα εξαρτήματα μπορούν να υποστούν κατεργασία.

Οι δύο ζώνες

Μια εναζωτωμένη επιφάνεια έχει δύο διακριτές περιοχές:

• Στρώμα ένωσης ("λευκό στρώμα") — ένα λεπτό επιφανειακό φιλμ νιτριδίων σιδήρου, συνήθως πάχους από λίγα μικρόμετρα έως μερικές δεκάδες μικρόμετρα. Είναι πολύ σκληρό, αντιστέκεται στο γδάρσιμο και στη διάβρωση, αλλά μπορεί να είναι ψαθυρό· σε εξαρτήματα ακριβείας ή καταπονούμενα από κόπωση συχνά περιορίζεται ή αφαιρείται με λείανση ακριβείας.
• Ζώνη διάχυσης — κάτω από αυτό, το άζωτο σε διάλυμα και οι κατακρημνίσεις κραματικών νιτριδίων αυξάνουν τη σκληρότητα σταδιακά πίσω στο επίπεδο του πυρήνα. Τα συνολικά βάθη στιβάδας είναι συνήθως περίπου 0.2–0.7 mm, πολύ ρηχότερα από τις ενανθρακωμένες στιβάδες, επειδή η χαμηλότερη θερμοκρασία επιβραδύνει τη διάχυση και οι κύκλοι διαρκούν ήδη δεκάδες ώρες.

Η σκληρότητα επιφάνειας εξαρτάται έντονα από τον χάλυβα: οι ποιότητες που περιέχουν αλουμίνιο και χρώμιο μπορούν να υπερβούν περίπου τα 1000 HV, ενώ οι απλοί ανθρακούχοι χάλυβες κερδίζουν λίγο περισσότερο από προστασία επιφάνειας — τους λείπουν τα στοιχεία που σχηματίζουν νιτρίδια.

Χάλυβες που εναζωτώνονται καλά

Οι χάλυβες εναζώτωσης κραματώνονται σκόπιμα με αλουμίνιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο και βανάδιο:

• 1.8550 (31CrMoV9) — ο κλασικός αποκλειστικός χάλυβας εναζώτωσης, παραδίδεται προ-σκληρυμένος.
• 4140 / 42CrMo4 — εναζωτώνεται ευρέως για άξονες και γρανάζια όπου αρκεί μέτρια σκληρότητα στιβάδας.
• H13 (1.2344) — οι μήτρες θερμής κατεργασίας εναζωτώνονται τακτικά (ή εναζωτοενανθρακώνονται) για να αντιστέκονται στη συγκόλληση και στη θερμική ρωγμάτωση σε υπηρεσία χύτευσης υπό πίεση.
• Οι ανοξείδωτες και οι maraging ποιότητες έχουν τις δικές τους παραλλαγές χαμηλής θερμοκρασίας για να αποφευχθεί η βλάβη της αντοχής στη διάβρωση ή της γηρασμένης δομής.

Κανόνες διαδικασίας που έχουν σημασία

1. Προ-σκληρύνετε πρώτα. Ο πυρήνας βάφεται και επαναφέρεται πριν από την εναζώτωση, και η τελική θερμοκρασία επαναφοράς πρέπει να βρίσκεται με ασφάλεια πάνω από τη θερμοκρασία εναζώτωσης — διαφορετικά ο ίδιος ο κύκλος υπερ-επαναφέρει τον πυρήνα.
2. Ανακουφίστε τάσεις μετά από αδρομερή μηχανική κατεργασία, ώστε ο κύκλος εναζώτωσης να μην κληθεί να κάνει δύο δουλειές.
3. Αέριο έναντι πλάσματος. Η εναζώτωση αερίου είναι το οικονομικό πρότυπο παρτίδας. Η εναζώτωση πλάσματος (ιόντων) προσφέρει καλύτερο έλεγχο του λευκού στρώματος, λειτουργεί σε ανοξείδωτες ποιότητες πιο εύκολα και μπορεί να καλύψει περιοχές μηχανικά, με υψηλότερο κόστος εξοπλισμού.
4. Χωρίς βαφή σημαίνει χωρίς διάσωση. Ελαττώματα επιφάνειας, απανθράκωση ή ένας μαλακός πυρήνας που εισέρχεται θα εξακολουθεί να υπάρχει κατά την έξοδο — η ποιότητα προετοιμασίας αποφασίζει το αποτέλεσμα.

Εναζώτωση έναντι ενανθράκωσης

Οι δύο διαδικασίες επιφανειακής σκλήρυνσης είναι συμπληρωματικές, όχι ανταγωνιστικές. Η ενανθράκωση δίνει βαθύτερες στιβάδες (συνήθως κατηγορίας 0.5–2 mm), υψηλότερη ικανότητα φόρτισης και χαμηλότερο κόστος μονάδας σε γρανάζια μεγάλου όγκου, αλλά χρειάζεται βαφή, με την παραμόρφωση και τη λείανση φινιρίσματος που ακολουθούν. Η εναζώτωση δίνει ρηχότερες στιβάδες και χαμηλότερα όρια φορτίου επαφής, αλλά το εξάρτημα μπορεί να κατεργαστεί τελικά μηχανικά πριν από την κατεργασία και εξέρχεται σταθερό διαστασιακά, με καλύτερη αντοχή στη διάβρωση και συμπεριφορά στο γδάρσιμο. Οι αποφασιστικοί παράγοντες είναι συνήθως το απαιτούμενο βάθος στιβάδας, η ανοχή παραμόρφωσης και το αν ο εν λόγω χάλυβας φέρει τα στοιχεία που σχηματίζουν νιτρίδια από τα οποία εξαρτάται η εναζώτωση.