Nitridingsprocessen involverer diffusion af nitrogen i overfladen af stålet og danner et hårdt, nitrogenrigt lag. Dette lag er sammensat af jernnitrider og andre nitrider, hvilket øger hårdheden på ståloverfladen markant. Resultatet er en slidbestandig barriere, der hjælper med at modstå skader fra slibekræfter og kontaktstress, som begge er kendte bidragydere til træthedssvigt. I miljøer med høj stress forhindrer den hærdede overflade, at overfladematerialet slides ned, hvilket ellers ville skabe uregelmæssigheder, der tjener som initieringssteder for revner. Evnen til at modstå overfladet slid forbedrer direkte træthedsmodstand ved at minimere potentialet for revnedskab på grund af overfladedegradning.
Nitridering øger ikke kun hårdhed, men forbedrer også markant den samlede integritet af ståloverfladen. Ved at introducere nitrogenatomer bliver overfladen mere ensartet og tæt, eliminering eller reduktion af tilstedeværelsen af mikro-cracks, porøsitet og overfladefejl. Overfladefejl, såsom grober, ridser eller hulrum kan fungere som stresskoncentratorer under gentagne belastningscyklusser, hvilket fører til for tidlig revnedannelse. Ved at skabe en glattere, mere defektfri overflade minimerer nitridering muligheden for sådanne ufuldkommenheder, som ellers kan få revner til at dannes og forplantes. Denne forbedrede overfladeintegritet, især under tilstande med høj stress, forhindrer påbegyndelse af revner, hvilket er vigtigt for at opretholde materialets holdbarhed under cyklisk belastning.
En af de mest kritiske og gavnlige virkninger af nitriding er dannelsen af trykrestresterende spændinger på overfladen af stålet. Under nitriding diffunderer nitrogen ind i stålet, hvilket forårsager en lille udvidelse af overfladen, hvilket skaber trykspændinger. Disse trykspændinger er meget gavnlige, fordi de modvirker trækspændinger, som er den vigtigste årsag til revnedskab og forplantning i metaller. I materialer, der gennemgår cyklisk belastning, kan trækspændinger føre til dannelse af mikrokrakker, som til sidst kan vokse til større brud. Ved at introducere kompressionsspændinger forbedrer nitriding stålens modstand mod revneditiering og gør det mindre tilbøjeligt til brud under gentagne belastningscyklusser. Dette fænomen er især værdifuldt i komponenter, der udsættes for højspændings-, træthedsmiljøer, såsom bildele, gear eller turbineblad.
I ubehandlet stål, når en træthedsknæk begynder at dannes, kan det udbrede sig hurtigt gennem materialet, især under forhold med svingende eller skiftende spændinger. Når stålstænger gennemgår nitridering, reducerer det hårde nitridede lag imidlertid den hastighed, hvormed revner kan forplantes. Den hærdede overflade og de inducerede komprimerende resterende spændinger skaber en barriere, der modstår knækvækst. Især hindrer det kvælte lag fremskridtene med revner, der kan dannes på grund af træthed, bremse deres vækst og forbedre materialets modstand mod katastrofal svigt. Det hårde, tætte overfladelag giver ekstra styrke og sejhed, der hjælper med at forhindre revner i at ekspandere, især under cykliske stressforhold. Som et resultat, Nitridede stålstænger Oplev længere levetid, selv i meget krævende anvendelser, hvor træthed er et primært problem.
Mens nitridning primært styrker overfladen gennem øget hårdhed, forbedrer den også overfladejhed, en vigtig faktor i træthedsmodstand. Overfladejhed henviser til materialets evne til at absorbere energi og modstå revneinitiering og forplantning under stress. Nitrideringsprocessen ændrer mikrostrukturen af stålet ved overfladen og fremmer en stigning i både sejhed og styrke. Denne hårdere overflade hjælper med at absorbere energi fra påvirkning eller svingende belastninger, hvilket reducerer sandsynligheden for knækinitiering. I applikationer med høj stress forbedrer denne øgede sejhed materialets evne til at modstå gentagen belastning uden at opleve brud på det tidlige stadium eller revneforplantning, der kan forekomme i ubehandlet stål.
