Nitrauksen perusteet: kaasu- ja plasmanitraus ilman sammutusta

Erilainen karkaisuperiaate

Toisin kuin hiiletys, nitraus ei nojaa faasimuutokseen. Osat kuumennetaan noin 500–580 °C — teräksen päästö- ja muutumislämpötilojen alapuolelle — typpeä luovuttavassa ympäristössä (ammoniakkikaasu tai typpiplasma). Typpi diffusoituu sisään ja muodostaa hienoja, kovia nitridejä teräksen seosaineiden kanssa. Koska mitään ei sammuteta jälkikäteen, vääntymä on vähäinen ja valmiita osia voidaan käsitellä.

Kaksi vyöhykettä

Nitratulla pinnalla on kaksi erillistä aluetta:

• Yhdystekerros ("valkoinen kerros") — ohut pintakalvo rautanitridejä, tyypillisesti muutama mikrometri muutamaan kymmeneen mikrometriin paksu. Se on erittäin kova, kestää naarmuuntumista ja korroosiota, mutta voi olla hauras; tarkkuus- tai väsymiskuormitetuilla osilla se usein rajoitetaan tai poistetaan läpäisemällä.
• Diffuusiovyöhyke — sen alla liukoinen typpi ja seosnitridierottumat nostavat kovuutta asteittain takaisin ydintasolle. Kuoren kokonaissyvyydet ovat tyypillisesti noin 0.2–0.7 mm, paljon matalampia kuin hiiletetyt kuoret, koska alempi lämpötila hidastaa diffuusiota ja syklit kestävät jo kymmeniä tunteja.

Pinnan kovuus riippuu voimakkaasti teräksestä: alumiinia ja kromia sisältävät lajit voivat ylittää karkeasti 1000 HV, kun taas tavalliset hiiliteräkset saavat vähän enemmän kuin pintasuojan — niiltä puuttuvat nitridia muodostavat alkuaineet.

Teräkset, jotka nitrautuvat hyvin

Nitrausteräkset seostetaan tarkoituksella alumiinilla, kromilla, molybdeenilla ja vanadiinilla:

• 1.8550 (31CrMoV9) — klassinen omistautunut nitrausteräs, toimitettuna esikarkaistu.
• 4140 / 42CrMo4 — laajalti nitrattu akseleille ja hammaspyörille, kun kohtalainen kuoren kovuus riittää.
• H13 (1.2344) — kuumatyömuotit nitrataan (tai nitrokarburoidaan) rutiininomaisesti juottumista ja lämpöhalkeilua vastaan painevalukäytössä.
• Ruostumattomilla ja maraging-lajeilla on omat matalalämpötilamuunnoksensa korroosionkestävyyden tai vanhennetun rakenteen vahingoittamisen välttämiseksi.

Prosessisääntöjä, jotka merkitsevät

1. Esikarkenna ensin. Ydin nuorutetaan ennen nitrausta, ja lopullisen päästölämpötilan täytyy olla turvallisesti nitrauslämpötilan yläpuolella — muuten sykli itse ylipäästää ytimen.
2. Poista jännitykset karkeatyöstön jälkeen, jotta nitraussyklin ei pyydetä tekemään kahta työtä.
3. Kaasu vs plasma. Kaasunitraus on taloudellinen erästandardi. Plasma- (ioni-) nitraus tarjoaa paremman valkoisen kerroksen valvonnan, toimii ruostumattomilla lajeilla helpommin ja voi peittää alueet mekaanisesti, korkeammalla laitteistokustannuksella.
4. Ei sammutusta tarkoittaa ei pelastusta. Pintaviat, hiilenkato tai pehmeä ydin sisään mentäessä ovat yhä siellä ulos tultaessa — valmistelun laatu ratkaisee tuloksen.

Nitraus vastaan hiiletys

Kaksi pintaprosessia ovat täydentäviä, eivät kilpailijoita. Hiiletys antaa syvempiä kuoria (yleisesti 0.5–2 mm luokka), korkeampaa kuormakapasiteettia ja alempaa yksikkökustannusta suurivolyymisille hammaspyörille, mutta se tarvitsee sammutuksen, vääntymän ja viimeistelyhionnan, jotka seuraavat. Nitraus antaa matalampia kuoria ja alempia kosketuskuorman rajoja, mutta osa voidaan viimeistelytyöstää ennen käsittelyä ja se tulee ulos mittastabiilina, paremmalla korroosionkestävyydellä ja naarmuuntumiskäyttäytymisellä. Ratkaisevat tekijät ovat yleensä vaadittu kuoren syvyys, vääntymäsietoisuus ja se, kantaako kyseessä oleva teräs nitridia muodostavia aineita, joista nitraus riippuu.