Grunderna för nitrering: Gas- och plasmanitrering utan härdning

Nitrering härdar stålytor med kväve vid måttlig temperatur — ingen härdning, minimal formförändring. Denna guide behandlar diffusionszonen, det vita skiktet och vilka stål som svarar bra.

En annan härdningsprincip

Till skillnad från uppkolning bygger nitrering inte på en fasomvandling. Delar värms till ungefär 500–580 °C — under stålets anlöpnings- och omvandlingstemperaturer — i en kväveavgivande miljö (ammoniakgas, eller ett kväveplasma). Kväve diffunderar in och bildar fina, hårda nitrider med legeringsämnena i stålet. Eftersom ingenting härdas efteråt är formförändringen minimal och färdiga delar kan behandlas.

De två zonerna

En nitrerad yta har två distinkta områden:

Förbindelseskikt ("vitt skikt") — en tunn ytfilm av järnnitrider, vanligtvis några mikrometer till några tiotals mikrometer tjock. Det är mycket hårt, motstår skärning och korrosion, men kan vara sprött; på precisionsdelar eller utmattningsbelastade delar begränsas det ofta eller avlägsnas genom läppning.
Diffusionszon — under den höjer kväve i lösning och utfällningar av legeringsnitrider hårdheten gradvis tillbaka till kärnnivån. Totala sätthärdningsdjup är vanligtvis cirka 0.2–0.7 mm, mycket grundare än uppkolade skikt, eftersom den lägre temperaturen bromsar diffusionen och cyklerna redan pågår i tiotals timmar.

Ythårdheten beror starkt på stålet: stålsorter som innehåller aluminium och krom kan överstiga ungefär 1000 HV, medan olegerade kolstål får föga mer än ytskydd — de saknar de nitridbildande ämnena.

Stål som nitreras bra

Nitrerstål är medvetet legerade med aluminium, krom, molybden och vanadin:

1.8550 (31CrMoV9) — det klassiska dedikerade nitrerstålet, levererat förhärdat.
4140 / 42CrMo4 — nitreras i stor utsträckning för axlar och kugghjul där måttlig skikthårdhet räcker.
H13 (1.2344) — varmarbetsformar nitreras rutinmässigt (eller nitrokarbureras) för att motstå fastlödning och värmesprickor vid pressgjutning.
Rostfria och maråldringsstål har sina egna lågtemperaturvarianter för att undvika att skada korrosionsbeständigheten eller den åldrade strukturen.

Processregler som spelar roll

Förhärda först. Kärnan härdas och anlöps före nitrering, och den slutliga anlöpningstemperaturen måste ligga säkert över nitreringstemperaturen — annars överanlöper själva cykeln kärnan.
Avspänningsglödga efter grovbearbetning, så att nitreringscykeln inte ombeds göra två jobb.
Gas jämfört med plasma. Gasnitrering är den ekonomiska satsstandarden. Plasma- (jon-) nitrering ger bättre kontroll över det vita skiktet, fungerar lättare på rostfria stålsorter och kan maskera områden mekaniskt, till högre utrustningskostnad.
Ingen härdning betyder ingen räddning. Ytdefekter, avkolning eller en mjuk kärna på vägen in kommer fortfarande att finnas där på vägen ut — förberedelsens kvalitet avgör resultatet.

Nitrering jämfört med uppkolning

De två sätthärdningsprocesserna är komplement, inte konkurrenter. Uppkolning ger djupare skikt (vanligtvis klassen 0.5–2 mm), högre belastningskapacitet och lägre styckkostnad för kugghjul i stora volymer, men den kräver härdning, med den formförändring och färdigslipning som följer. Nitrering ger grundare skikt och lägre gränser för kontaktbelastning, men delen kan färdigbearbetas före behandling och kommer ut dimensionsstabil, med bättre korrosionsbeständighet och skärningsbeteende. De avgörande faktorerna är vanligtvis erforderligt sätthärdningsdjup, tolerans mot formförändring och om stålet i fråga innehåller de nitridbildande ämnen som nitrering är beroende av.