Noțiuni de bază despre nitrurare: Nitrurare cu gaz și cu plasmă, fără călire

Un principiu diferit de întărire

Spre deosebire de cementare, nitrurarea nu se bazează pe o transformare de fază. Piesele sunt încălzite la aproximativ 500–580 °C — sub temperaturile de revenire și de transformare ale oțelului — într-un mediu furnizor de azot (gaz de amoniac sau plasmă de azot). Azotul difuzează și formează nitruri fine și dure cu elementele de aliere din oțel. Deoarece nimic nu este călit ulterior, deformarea este minimă, iar piesele finite pot fi tratate.

Cele două zone

O suprafață nitrurată are două regiuni distincte:

• Stratul de compuși ("strat alb") — o peliculă superficială subțire de nitruri de fier, de obicei cu grosimea de la câțiva micrometri la câteva zeci de micrometri. Este foarte dur, rezistă la gripare și la coroziune, dar poate fi fragil; pe piese de precizie sau solicitate la oboseală, acesta este adesea limitat sau îndepărtat prin lepuire.
• Zona de difuzie — sub acesta, azotul în soluție și precipitatele de aliaje-nitruri cresc duritatea treptat, înapoi până la nivelul miezului. Adâncimile totale ale stratului sunt, de obicei, de aproximativ 0.2–0.7 mm, mult mai superficiale decât straturile cementate, deoarece temperatura mai scăzută încetinește difuzia, iar ciclurile durează deja zeci de ore.

Duritatea suprafeței depinde puternic de oțel: mărcile care conțin aluminiu și crom pot depăși aproximativ 1000 HV, în timp ce oțelurile carbon simple câștigă puțin mai mult decât protecția suprafeței — le lipsesc elementele formatoare de nitruri.

Oțeluri care se nitrurează bine

Oțelurile de nitrurare sunt aliate în mod deliberat cu aluminiu, crom, molibden și vanadiu:

• 1.8550 (31CrMoV9) — oțelul clasic dedicat nitrurării, livrat precălit.
• 4140 / 42CrMo4 — nitrurat pe scară largă pentru arbori și roți dințate, acolo unde duritatea moderată a stratului este suficientă.
• H13 (1.2344) — matrițele pentru prelucrare la cald sunt nitrurate în mod curent (sau nitrocarburate) pentru a rezista la lipire și la fisurarea termică în exploatarea de turnare sub presiune.
• Mărcile inoxidabile și maraging au propriile variante la temperatură scăzută, pentru a evita afectarea rezistenței la coroziune sau a structurii îmbătrânite.

Reguli ale procesului care contează

1. Precăliți mai întâi. Miezul este călit și revenit înainte de nitrurare, iar temperatura finală de revenire trebuie să se situeze în siguranță peste temperatura de nitrurare — altfel ciclul însuși suprarevenește miezul.
2. Detensionați după prelucrarea de degroșare, astfel încât ciclului de nitrurare să nu i se ceară să facă două lucrări.
3. Gaz vs. plasmă. Nitrurarea cu gaz este standardul economic pe loturi. Nitrurarea cu plasmă (ionică) oferă un control mai bun al stratului alb, funcționează mai ușor pe mărci inoxidabile și poate masca zonele mecanic, la un cost mai ridicat al echipamentului.
4. Fără călire înseamnă fără salvare. Defectele de suprafață, decarburarea sau un miez moale la intrare vor fi tot acolo la ieșire — calitatea pregătirii decide rezultatul.

Nitrurare versus cementare

Cele două procese de strat sunt complementare, nu concurente. Cementarea oferă straturi mai profunde (în mod obișnuit clasa 0.5–2 mm), capacitate de încărcare mai mare și cost unitar mai scăzut la roți dințate în volum mare, dar necesită o călire, cu deformarea și rectificarea de finisare care urmează. Nitrurarea oferă straturi mai superficiale și limite mai scăzute ale sarcinii de contact, dar piesa poate fi prelucrată de finisare înainte de tratament și iese stabilă dimensional, cu rezistență mai bună la coroziune și comportament mai bun la gripare. Factorii decisivi sunt, de obicei, adâncimea stratului necesară, toleranța la deformare și dacă oțelul în cauză conține elementele formatoare de nitruri de care depinde nitrurarea.