Dasar-Dasar Nitridasi: Nitridasi Gas dan Plasma Tanpa Celup

Prinsip pengerasan yang berbeda

Tidak seperti karburisasi, nitridasi tidak bergantung pada transformasi fasa. Komponen dipanaskan hingga kira-kira 500–580 °C — di bawah suhu tempering dan transformasi baja — dalam lingkungan pemasok nitrogen (gas amonia, atau plasma nitrogen). Nitrogen berdifusi masuk dan membentuk nitrida halus dan keras dengan unsur paduan dalam baja. Karena tidak ada yang dicelup setelahnya, distorsi minimal dan komponen jadi dapat diperlakukan.

Dua zona

Permukaan hasil nitridasi memiliki dua wilayah berbeda:

• Lapisan senyawa ("lapisan putih") — film permukaan tipis dari nitrida besi, biasanya setebal beberapa mikrometer hingga beberapa puluh mikrometer. Lapisan ini sangat keras, menahan goresan dan korosi, tetapi dapat getas; pada komponen presisi atau berbeban lelah, lapisan ini sering dibatasi atau dihilangkan dengan lapping.
• Zona difusi — di bawahnya, nitrogen dalam larutan dan endapan nitrida paduan meningkatkan kekerasan secara bertahap kembali ke tingkat inti. Kedalaman kulit total biasanya sekitar 0.2–0.7 mm, jauh lebih dangkal daripada kulit karburisasi, karena suhu yang lebih rendah memperlambat difusi dan siklus sudah berjalan puluhan jam.

Kekerasan permukaan sangat tergantung pada baja: grade yang mengandung aluminium dan kromium dapat melebihi kira-kira 1000 HV, sementara baja karbon polos hanya memperoleh sedikit lebih dari sekadar perlindungan permukaan — mereka kekurangan unsur pembentuk nitrida.

Baja yang baik untuk nitridasi

Baja nitridasi dipadukan secara sengaja dengan aluminium, kromium, molibdenum, dan vanadium:

• 1.8550 (31CrMoV9) — baja nitridasi khusus klasik, dipasok dalam kondisi telah dikeraskan sebelumnya.
• 4140 / 42CrMo4 — banyak dinitridasi untuk poros dan roda gigi di mana kekerasan kulit sedang sudah mencukupi.
• H13 (1.2344) — cetakan kerja panas secara rutin dinitridasi (atau dinitrokarburisasi) untuk menahan soldering dan heat checking dalam pemakaian die casting.
• Grade tahan karat dan maraging memiliki varian suhu rendah tersendiri untuk menghindari merusak ketahanan korosi atau struktur hasil aging.

Aturan proses yang penting

1. Keraskan terlebih dahulu. Inti dicelup dan ditemper sebelum nitridasi, dan suhu tempering akhir harus berada dengan aman di atas suhu nitridasi — jika tidak, siklus itu sendiri akan men-temper inti secara berlebih.
2. Lepas tegangan setelah pemesinan kasar, sehingga siklus nitridasi tidak diminta melakukan dua pekerjaan.
3. Gas vs plasma. Nitridasi gas adalah standar batch yang ekonomis. Nitridasi plasma (ion) menawarkan pengendalian lapisan putih yang lebih baik, bekerja pada grade tahan karat dengan lebih mudah, dan dapat menutupi area secara mekanis, dengan biaya peralatan lebih tinggi.
4. Tanpa celup berarti tanpa penyelamatan. Cacat permukaan, dekarburisasi, atau inti lunak yang masuk akan tetap ada saat keluar — kualitas persiapan menentukan hasil.

Nitridasi versus karburisasi

Kedua proses kulit ini saling melengkapi, bukan bersaing. Karburisasi memberikan kulit yang lebih dalam (umumnya kelas 0.5–2 mm), kapasitas beban lebih tinggi, dan biaya satuan lebih rendah pada roda gigi volume tinggi, tetapi memerlukan celup, dengan distorsi dan gerinda akhir yang mengikutinya. Nitridasi memberikan kulit yang lebih dangkal dan batas beban kontak yang lebih rendah, tetapi komponen dapat dimesin akhir sebelum perlakuan dan keluar dengan stabil secara dimensi, dengan ketahanan korosi dan perilaku anti-gores yang lebih baik. Faktor penentu biasanya adalah kedalaman kulit yang diperlukan, toleransi distorsi, dan apakah baja yang bersangkutan mengandung unsur pembentuk nitrida yang menjadi andalan nitridasi.