Karbonitridovanie
Súčasná difúzia uhlíka a dusíka pri nižšej teplote než pri cementovaní.
- Účel
- Tvrdá tenká vrstva a menšia deformácia pri lacnejších oceliach.
- Typické použitie
- Drobné sériové diely, spojovací materiál, plechové výlisky.
- Vhodné materiály
- Nízkouhlíkové a automatové ocele.
- Kategória
- Tepelno-chemické úpravy povrchu
Ako proces funguje
Karbonitridovanie je difúzna úprava podobná cementovaniu, pri ktorej sa do povrchu ocele vpravuje súčasne uhlík aj dusík. Vďaka nižším teplotám (820–900 °C) vznikajú menšie deformácie a povrch má lepšiu koróznu odolnosť než pri čistom cementovaní.
Pecná atmosféra obsahuje karbónový plyn (0,5–0,8 % C, napr. CO/CH₄) a amoniak ako zdroj dusíka (0,2–0,4 % N). Pri teplote okolo 860 °C počas 1–5 h vzniká na povrchu tzv. biela vrstva nitridov (ε-Fe₂₋₃N) a pod ňou difúzna zóna obohatená uhlíkom a dusíkom. Proces sa zakončuje ochladením olejom, temperovaním a často aj následnou oxidáciou (černenie) na zvýšenie koróznej odolnosti.
Kľúčové procesné parametre
- Teplota: 820–900 °C (typicky ~860 °C)
- Doba: 1–5 h – kratšia než pri cementovaní, dusík zušľachťuje povrch rýchlejšie
- Hĺbka vrstvy: ~0,2–0,6 mm (max. ~0,7 mm)
- Povrchová tvrdosť: cca 58–62 HRC
- Následná post-oxidácia (magnetitová vrstva Fe₃O₄) pri požiadavke na koróznu odolnosť
Typické aplikácie
- Automobilové kovania a ozubené kolesá
- Spojovacie súčiastky – nity, matice vyžadujúce hladký povrch
- Nástroje s kombináciou tvrdého nitridokarbidového povrchu a húževnatého jadra
Výhody
- Vyššia odolnosť vrstvy pri rovnakej hrúbke než po cementovaní
- Nižšia pracovná teplota – minimálne deformácie dielov
- Zlepšená korózna odolnosť vďaka nitridickým fázam
- Znížené trenie v suchom kontakte
Obmedzenia a riziká
- Tenšia vrstva než pri cementovaní – nevhodné pre extrémne hrubé funkčné vrstvy
- Riziko krehkej „bielej vrstvy“ pri nesprávnom nastavení dusíkového potenciálu
- Karbidová krehkosť pri nekontrolovanom prísune uhlíka
- Toxické a korozívne plyny (amoniak) vyžadujú uzavreté pece a ventiláciu
Kontrola kvality
- Meranie hĺbky vrstvy ako NHD (nitriding hardness depth) podľa DIN 50190-3 – pokles tvrdosti o 50 HV nad jadro
- Vickersove mikrotvrdostné profily na priečnom reze
- Kontrola chemického zloženia povrchu a kvality oxidačnej (farebnej) vrstvy
Odporúčania pre návrh procesu
- Použiť nízkolegované ocele s nitridovacou schopnosťou (obsah Al, Cr, V na tvorbu nitridov)
- Pre korózne zaťažené diely doplniť post-oxidáciu – čierna magnetitová vrstva
- Kalibrovať parametre na modelových vzorkách (hĺbka vrstvy na priečnom reze)
- Pre minimálne deformácie použiť pece s ochladzovaním vzduchom alebo solným kúpeľom
Súvisiace normy
- DIN 50190-3 — meranie nitridovacej hĺbky (NHD)
- ISO 18203 — hrúbka povrchovo upravených vrstiev