Grunnleggende om nitrering: Gass- og plasmanitrering uten herding

Et annet herdeprinsipp

I motsetning til karburering bygger ikke nitrering på en faseomdanning. Deler varmes opp til omtrent 500–580 °C — under stålets anløpings- og omdanningstemperaturer — i et nitrogenavgivende miljø (ammoniakkgass, eller et nitrogenplasma). Nitrogen diffunderer inn og danner fine, harde nitrider med legeringselementene i stålet. Fordi ingenting bråkjøles etterpå, er deformasjonen minimal og ferdige deler kan behandles.

De to sonene

En nitrert overflate har to adskilte områder:

• Forbindelseslag («hvitt lag») — en tynn overflatefilm av jernnitrider, vanligvis noen få mikrometer til noen få titalls mikrometer tykk. Det er svært hardt, motstår riving og korrosjon, men kan være sprøtt; på presisjonsdeler eller utmattingsbelastede deler begrenses det ofte eller fjernes ved lapping.
• Diffusjonssone — under den hever nitrogen i løsning og utfellinger av legeringsnitrider hardheten gradvis tilbake til kjernenivå. Totale settdybder er vanligvis omtrent 0.2–0.7 mm, mye grunnere enn karburerte sett, fordi den lavere temperaturen bremser diffusjonen og syklusene allerede går i titalls timer.

Overflatehardheten avhenger sterkt av stålet: kvaliteter som inneholder aluminium og krom, kan overstige omtrent 1000 HV, mens ulegert karbonstål oppnår lite mer enn overflatebeskyttelse — de mangler de nitriddannende elementene.

Stål som nitreres godt

Nitrerstål er bevisst legert med aluminium, krom, molybden og vanadium:

• 1.8550 (31CrMoV9) — det klassiske dedikerte nitrerstålet, levert forherdet.
• 4140 / 42CrMo4 — mye brukt nitrert for aksler og tannhjul der moderat setthardhet er tilstrekkelig.
• H13 (1.2344) — varmarbeidsverktøy nitreres rutinemessig (eller nitrokarbureres) for å motstå lodding og varmsprekkdannelse i trykkstøping.
• Rustfrie kvaliteter og maraging-kvaliteter har sine egne lavtemperaturvarianter for å unngå å skade korrosjonsmotstanden eller den aldrede strukturen.

Prosessregler som betyr noe

1. Forherd først. Kjernen herdes og anløpes før nitrering, og den endelige anløpingstemperaturen må ligge trygt over nitreringstemperaturen — ellers overanløper syklusen selv kjernen.
2. Spenningsavlast etter grovmaskinering, slik at nitreringssyklusen ikke blir bedt om å gjøre to jobber.
3. Gass kontra plasma. Gassnitrering er den økonomiske standarden for partier. Plasma- (ion-) nitrering gir bedre kontroll over det hvite laget, fungerer lettere på rustfrie kvaliteter, og kan maskere områder mekanisk, til høyere utstyrskostnad.
4. Ingen bråkjøling betyr ingen redning. Overflatefeil, avkulling eller en myk kjerne på vei inn vil fortsatt være der på vei ut — kvaliteten på forberedelsen avgjør resultatet.

Nitrering kontra karburering

De to settprosessene er komplementære, ikke konkurrenter. Karburering gir dypere sett (vanligvis i klassen 0.5–2 mm), høyere belastningskapasitet og lavere enhetskostnad på tannhjul i store volumer, men den trenger en bråkjøling, med deformasjonen og finslipingen som følger. Nitrering gir grunnere sett og lavere grenser for kontaktbelastning, men delen kan ferdigmaskineres før behandling og kommer ut dimensjonsstabil, med bedre korrosjonsmotstand og rivingsoppførsel. De avgjørende faktorene er vanligvis nødvendig settdybde, toleranse for deformasjon og om det aktuelle stålet inneholder de nitriddannende elementene nitrering avhenger av.