Nitridovanie
Difúzia dusíka pri cca 500 °C bez následného kalenia, teda s minimálnou deformáciou.
- Účel
- Veľmi tvrdý povrch, odolnosť proti oteru a únave.
- Typické použitie
- Formy, vretená, hriadele, komponenty s presným rozmerom.
- Vhodné materiály
- Nitridačné ocele 31CrMoV9, 34CrAlMo5, zušľachtené ocele.
- Kategória
- Tepelno-chemické úpravy povrchu
Ako proces funguje
Nitridovanie je nízkoteplotná difúzna úprava (500–550 °C), pri ktorej sa do povrchu ocele vpravuje dusík. Vzniká veľmi tvrdá nitridická vrstva s vynikajúcou odolnosťou voči opotrebovaniu a únave – bez následného kalenia a s minimálnymi deformáciami.
Diely sa ohrievajú v atmosfére amoniaku (NH₃, prípadne s dusíkom/vodíkom) pri 500–550 °C počas 10–40 h. Rozkladom NH₃ na povrchu sa uvoľňuje atómový dusík, ktorý difunduje do ocele a tvorí s legujúcimi prvkami (Al, Cr, Mo, V) tvrdé nitridy. Alternatívou je plazmové nitridovanie vo vákuu pri 350–450 °C, ktoré umožňuje aj selektívne spevňovanie. Vrstva má dve zóny: tenkú „bielu vrstvu“ (Fe₂₋₃N, Fe₄N) a hlbšiu difúznu zónu s precipitátmi CrN, AlN.
Kľúčové procesné parametre
- Teplota: 500–550 °C (typicky ~520 °C; plazmové nitridovanie 350–450 °C)
- Doba: 10–40 h (napr. 20 h ≈ 0,3 mm vrstva)
- Hĺbka vrstvy: 0,1–0,5 mm (bežne 0,1–0,3 mm)
- Povrchová tvrdosť: 650–1 200 HV podľa zliatiny
- Atmosféra: čistý amoniak, prípadne s N₂/H₂; plazmové pece s elektrickým výbojom
Typické aplikácie
- Pružiny, vačky a ozubené kolesá
- Nástrojové a lisovacie formy, obrábacie nástroje
- Diely citlivé na deformáciu – nitridovanie nevyžaduje kalenie
- Povrchy vystavené prevádzke pri vyšších teplotách (tvrdosť drží nad 400 °C)
Výhody
- Vyššia únavová odolnosť než po cementovaní
- Minimálne deformácie – proces pod teplotou popúšťania
- Estetický matný šedo-čierny povrch a zlepšená korózna odolnosť
- Bez následného kalenia – kontrolované ochladenie vzduchom
Obmedzenia a riziká
- Veľmi dlhé procesné časy pri nízkej rýchlosti difúzie dusíka
- Príliš hrubá biela vrstva je krehká a môže odpadávať
- Teplota nesmie prekročiť teplotu predchádzajúceho popúšťania, inak sa degraduje jadro
- Austenitické nerezové ocele sú nitridovateľné len nízkoteplotnou plazmou
Kontrola kvality
- Meranie nitridovacej hĺbky (NHD) podľa DIN 50190-3 a ISO 18203 – pokles tvrdosti o 50 HV
- Vickersove merania tvrdosti v presne označených hĺbkach
- Optická mikroskopia brúsnych rezov, prípadne RTG difrakcia (identifikácia Fe₄N vs. Fe₂₋₃N)
- Skúšky opotrebenia (Taber) na verifikáciu životnosti
Bezpečnosť a životné prostredie
Amoniak je toxický a dráždi oči a dýchacie cesty – nitridačné pece sú hermeticky uzavreté s účinným odsávaním, detektormi úniku NH₃ a neutralizáciou výfukov. Pri plazmovom nitridovaní vzniká ozón a UV žiarenie pri výboji (nutné tienenie). Čistý rozklad NH₃ je ekologicky priaznivý – produkty sú voda a dusík.
Odporúčania pre návrh procesu
- Uprednostniť ocele označené ako „nitridovacie“ alebo s obsahom 0,7–1,5 % Al
- Teplotu voliť pod popúšťacou medzou ocele (spravidla 500–580 °C)
- Zabezpečiť homogénnu prípravu povrchu a postupné rozkúrenie v inertnej atmosfére
- Minimalizovať zvyškové napätia pomalým ochladzovaním
Súvisiace normy
- DIN 50190-3 — meranie nitridovacej hĺbky (NHD)
- ISO 18203 — meranie hrúbky povrchovo upravených vrstiev