พื้นฐานการไนไตรดิง: การไนไตรดิงด้วยแก๊สและพลาสมาโดยไม่ต้องชุบแข็ง

หลักการชุบแข็งที่แตกต่าง

ต่างจากการคาร์บูไรซิง การไนไตรดิงไม่ได้อาศัยการเปลี่ยนเฟส ชิ้นงานถูกให้ความร้อนถึงประมาณ 500–580 °C — ต่ำกว่าอุณหภูมิการอบคืนตัวและการเปลี่ยนรูปของเหล็ก — ในสภาพแวดล้อมที่จ่ายไนโตรเจน (แก๊สแอมโมเนีย หรือพลาสมาไนโตรเจน) ไนโตรเจนแพร่เข้าไปและก่อตัวเป็น ไนไตรด์ ที่ละเอียดและแข็งร่วมกับธาตุผสมในเหล็ก เนื่องจากไม่มีการชุบแข็งใด ๆ หลังจากนั้น การบิดงอจึงน้อยที่สุด และชิ้นงานที่เสร็จแล้วสามารถนำมาอบชุบได้

สองโซน

ผิวที่ผ่านการไนไตรดิงมีสองบริเวณที่แตกต่างกัน:

• ชั้นสารประกอบ (“ชั้นขาว”) — ฟิล์มผิวบาง ๆ ของเหล็กไนไตรด์ โดยทั่วไปหนาตั้งแต่ไม่กี่ไมโครเมตรถึงไม่กี่สิบไมโครเมตร มีความแข็งมาก ทนต่อการขูดขีดและการกัดกร่อน แต่สามารถเปราะได้ บนชิ้นงานที่ต้องการความแม่นยำหรือรับภาระความล้า มักจะจำกัดชั้นนี้หรือกำจัดออกด้วยการขัดละเอียด
• โซนการแพร่ — ใต้ชั้นนั้น ไนโตรเจนในสารละลายและตะกอนของไนไตรด์ผสมช่วยเพิ่มความแข็งอย่างค่อยเป็นค่อยไปกลับสู่ระดับแกนกลาง ความลึกของชั้นผิวแข็งทั้งหมดโดยทั่วไปประมาณ 0.2–0.7 mm ตื้นกว่าชั้นผิวแข็งจากการคาร์บูไรซิงมาก เพราะอุณหภูมิที่ต่ำกว่าทำให้การแพร่ช้าลง และวงจรก็ใช้เวลาหลายสิบชั่วโมงอยู่แล้ว

ความแข็งที่ผิวขึ้นอยู่กับเหล็กอย่างมาก: เกรดที่มีอะลูมิเนียมและโครเมียมสามารถเกินประมาณ 1000 HV ได้ ขณะที่เหล็กคาร์บอนธรรมดาได้ประโยชน์เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยนอกเหนือจากการปกป้องผิว — เพราะขาดธาตุที่ก่อตัวเป็นไนไตรด์

เหล็กที่ไนไตรดิงได้ดี

เหล็กสำหรับไนไตรดิงถูกผสมอย่างจงใจด้วยอะลูมิเนียม โครเมียม โมลิบดีนัม และวาเนเดียม:

• 1.8550 (31CrMoV9) — เหล็กไนไตรดิงเฉพาะทางแบบคลาสสิก จัดส่งในสภาวะชุบแข็งไว้ก่อน
• 4140 / 42CrMo4 — ใช้ไนไตรดิงอย่างแพร่หลายสำหรับเพลาและเฟือง ในกรณีที่ความแข็งของชั้นผิวแข็งระดับปานกลางเพียงพอ
• H13 (1.2344) — แม่พิมพ์งานร้อนมักผ่านการไนไตรดิง (หรือไนโตรคาร์บูไรซิง) เป็นประจำ เพื่อทนต่อการเชื่อมติดและการแตกร้าวจากความร้อนในงานหล่อฉีด
• เกรดสเตนเลสและเกรดมาราจิงมีรุ่นอุณหภูมิต่ำของตัวเอง เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายความทนการกัดกร่อนหรือโครงสร้างที่ผ่านการบ่ม

กฎของกระบวนการที่สำคัญ

1. ชุบแข็งไว้ก่อน แกนกลางจะถูกชุบแข็งและอบคืนตัวก่อนการไนไตรดิง และอุณหภูมิการอบคืนตัวขั้นสุดท้ายต้องอยู่สูงกว่าอุณหภูมิการไนไตรดิงอย่างปลอดภัย — มิฉะนั้นวงจรนั้นเองจะอบคืนตัวแกนกลางมากเกินไป
2. คลายความเค้นหลังการกลึงหยาบ เพื่อไม่ให้วงจรไนไตรดิงต้องทำงานสองอย่าง
3. แก๊สกับพลาสมา การไนไตรดิงด้วยแก๊สเป็นมาตรฐานแบบชุดที่ประหยัด การไนไตรดิงด้วยพลาสมา (ไอออน) ให้การควบคุมชั้นขาวที่ดีกว่า ทำงานกับเกรดสเตนเลสได้ง่ายกว่า และสามารถบังบริเวณต่าง ๆ ได้ด้วยวิธีเชิงกล โดยมีต้นทุนอุปกรณ์สูงกว่า
4. ไม่มีการชุบแข็งหมายความว่าไม่มีการกู้คืน ข้อบกพร่องที่ผิว การสูญเสียคาร์บอนที่ผิว หรือแกนกลางที่อ่อนเมื่อนำเข้าไป จะยังคงอยู่เมื่อนำออกมา — คุณภาพของการเตรียมการเป็นตัวตัดสินผลลัพธ์

การไนไตรดิงกับการคาร์บูไรซิง

กระบวนการทำชั้นผิวแข็งทั้งสองเป็นส่วนเสริมกัน ไม่ใช่คู่แข่ง การคาร์บูไรซิงให้ชั้นผิวแข็งที่ลึกกว่า (โดยทั่วไปอยู่ในระดับ 0.5–2 mm) ความสามารถในการรับภาระสูงกว่า และต้นทุนต่อหน่วยต่ำกว่าสำหรับเฟืองปริมาณมาก แต่ต้องมีการชุบแข็ง พร้อมการบิดงอและการเจียระไนเก็บผิวที่ตามมา การไนไตรดิงให้ชั้นผิวแข็งที่ตื้นกว่าและขีดจำกัดภาระสัมผัสต่ำกว่า แต่ชิ้นงานสามารถกลึงเก็บผิวได้ก่อนการอบชุบ และออกมาโดยมีขนาดคงที่ พร้อมความทนการกัดกร่อนและพฤติกรรมการขูดขีดที่ดีกว่า ปัจจัยตัดสินมักคือความลึกของชั้นผิวแข็งที่ต้องการ ความทนทานต่อการบิดงอ และเหล็กชนิดนั้นมีธาตุก่อตัวเป็นไนไตรด์ที่การไนไตรดิงต้องพึ่งพาหรือไม่