Nitrocementovanie
Nauhličovanie s prídavkom dusíka pre lepšiu prekaliteľnosť povrchu.
- Účel
- Tvrdá vrstva s vyššou odolnosťou proti popúšťaniu.
- Typické použitie
- Prevodové a sériové strojárske diely.
- Vhodné materiály
- Cementačné a nízkolegované ocele.
- Kategória
- Tepelno-chemické úpravy povrchu
Ako proces funguje
Nitrocementovanie (ferritické nitrocementovanie, známe aj ako Tenifer, Tufftride či Melonite) je úprava, pri ktorej sa do oceľového povrchu za nízkych teplôt (pod kritickou) vpravujú súčasne dusík a uhlík. Výsledkom je tenká extrémne odolná vrstva bez deformácií dielu.
Plynné nitrocementovanie používa atmosféru NH₃ + CO₂ (alebo CH₄ + N₂) pri 525–625 °C, typicky ~565 °C, počas 1–5 h. Vzniká tenká vrstva nitridokarbidov (Fe₄N/Fe₂₋₃N s malým podielom karbidov) s difúznou zónou pod ňou. Vďaka nízkej teplote nie je potrebné kalenie – jadro zostáva húževnaté. Proces sa bežne zakončuje post-oxidáciou, ktorá vytvára čiernu magnetitovú vrstvu Fe₃O₄ (~2 µm) s vysokou koróznou odolnosťou.
Kľúčové procesné parametre
- Teplota: 525–625 °C (zvyčajne ~565 °C)
- Doba: 1–5 h (plynová metóda; soľná do 3 h)
- Hĺbka vrstvy: ~0,02–0,3 mm (typicky 0,1–0,2 mm)
- Tvrdosť vrstvy: 700–1 000 HV
- Varianty: plynná, soľná (kyanátové kúpele), plazmová
Typické aplikácie
- Zbranové diely – výčnelky, rámy (povrch Tenifer)
- Motocyklové pružiny a diely výfukových systémov
- Ozubené súkolia v poľnohospodárskych strojoch
- Hriadele vysokootáčkových motorov a diely so zlými podmienkami mazania
Výhody
- Vynikajúca odolnosť voči oderu, únave a adhéznemu poškodeniu (galling)
- Prakticky žiadne deformácie – proces pod kritickou teplotou
- Čierny dekoratívny povrch s vysokou koróznou stálosťou po post-oxidácii
- Krátke procesné časy oproti klasickému nitridovaniu
Obmedzenia a riziká
- Veľmi tenká vrstva – účinok obmedzený do hĺbky ~0,2–0,3 mm
- Príliš hrubá biela vrstva je krehká a môže sa odlúpnúť
- Soľná varianta používa vysoko toxické soli (kyanidy, fluoridy) – nebezpečný odpad
- Nevhodné pre nitridovacie ocele s vysokým obsahom Al a pre nerezové ocele
Kontrola kvality
- Meranie hĺbky vrstvy podľa ISO 18203 (pokles tvrdosti o 50 HV nad jadro)
- Kontrola hrúbky čiernej magnetitovej vrstvy (~1–3 µm), voliteľne spektrofotometria farby
- Skúšky opotrebenia a trenia obdobne ako pri nitridovaní
Bezpečnosť a životné prostredie
Plynová metóda (NH₃ + CO₂) je ekologicky prijateľnejšia – soľné kúpele produkujú vysoko toxický odpad (kyanidy, kyanáty, chloridy) kontaminujúci vodné zdroje. Pri plazmovej metóde je nutná ochrana pred UV žiarením a vysokou hustotou energie. Výfuky amoniaku vyžadujú neutralizáciu, ideálne recirkuláciu alebo katalytickú oxidáciu.
Odporúčania pre návrh procesu
- Uprednostniť plynnú metódu pred soľnou kvôli ekológii
- Parametre 550–600 °C, 1–5 h pre vrstvu ~0,1–0,2 mm
- Po procese zvážiť popúšťanie na uvoľnenie vnútorných napätí
- Pri konštrukcii rátať s tým, že funkčná vrstva siaha len do ~0,2 mm
Súvisiace normy
- ISO 18695 — soľné nitrocementovanie
- ISO 15511 — plynové nitrocementovanie
- ASTM A975 — salt bath nitrocarburizing