Overfladen hårdhed af Nitriding legeringsstål er det højeste ved det yderste lag på grund af den intense dannelse af nitrider. Nitrideprocessen involverer diffusion af nitrogenatomer i overfladen af stålet, der reagerer med jern- eller andre legeringselementer til dannelse af hårde nitrider, såsom jernnitrider (Fe4N, Fe2-3N), kromnitrider eller aluminiumnitrider. Disse forbindelser øger overfladehårdheden markant og opnår værdier så høje som HV 1000-1200 eller endnu højere. Dette hærdede lag gør materialet meget modstandsdygtigt over for slid, slid og overfladetræthed, hvilket gør det ideelt til applikationer med højtydende i industrier som bilindustrien, luftfart og værktøj. Den primære fordel ved denne høje overfladehårdhed er materialets forbedrede evne til at modstå overfladeskade, opretholde funktionalitet og æstetik under barske forhold.
Nitrideringsprocessen resulterer i en gradvis hårdhedsgradient fra overfladen til kernen i stålet. Da nitrogen diffunderer i stålet, falder koncentrationen af nitrogen med dybde, hvilket resulterer i en gradvis lavere tæthed af nitrider yderligere under overfladen. Dette får hårdheden til at falde gradvist fra det ydre nitridede lag i det underliggende stål. Hårdheden nær overfladen kan være så høj som HV 1000-1200, mens hårdheden ved et par mikron under overfladen falder til omkring HV 600-800. Når du fortsætter dybere ind i det nitridede lag, bliver det endnu blødere, med hårdhedsværdier falder yderligere. Gradienten i hårdhed sikrer, at stålet bevarer en hård kerne, der kan modstå mekaniske spændinger, samtidig med at det giver et hårdt ydre til at modstå slid og træthed. Denne hårdhedsgradient kan konstrueres på baggrund af anvendelsesbehov, hvilket giver en optimal balance mellem overfladeholdbarhed og intern sejhed.
Under den nitridede overflade forbliver materialets centrale hårdhed stort set upåvirket af nitrideprocessen. Kernen i materialet, som er hovedparten af stålet, bevarer sin oprindelige hårdhed og mekaniske egenskaber som bestemt af basisstållegeringen. For nitrideringslegeringsstål forbliver kernehårdheden i området HV 300-450, afhængigt af legeringens sammensætning, varmebehandlingshistorie og den samlede metallurgiske struktur. Mens nitridering markant forbedrer overfladeegenskaber, tilvejebringer kernen den krævede duktilitet, påvirkningsmodstand og sejhed, der beskytter delen mod katastrofal svigt. Den blødere kerne giver komponenten mulighed for at absorbere slagkræfter uden at revne eller blive sprøde, hvilket bidrager til materialets samlede ydelse i krævende anvendelser, hvor både sejhed og hårdhed er nødvendig.
Påvirkning af procesparametre: Flere nitrideparametre, inklusive tid, temperatur og nitrogenkoncentration, spiller en afgørende rolle i bestemmelsen af dybden af det nitridede lag og den resulterende hårdhedsprofil. Længere nitrideringstider og højere temperaturer gør det muligt for nitrogen at diffundere dybere ned i stålet, hvilket resulterer i et tykkere nitreret lag med højere overfladehårdhed. Omvendt kan kortere nitrideringstider eller lavere temperaturer resultere i et tyndere nitrideret lag med mindre udtalt overfladehårdhed. Nitrogenkoncentrationen i nitridende atmosfære påvirker også tykkelsen af det hærdede lag. For eksempel fører højere nitrogenkoncentrationer generelt til et dybere og hårdere nitridede lag. Kontrol over disse parametre giver ingeniører mulighed for at skræddersy det nitridede lags dybde og hårdhed, der passer til specifikke applikationskrav, afbalancering af slidstyrke og kerne sejhed.
Effekt af lagdybde på ydeevne: dybden af det nitridede lag påvirker væsentligt materialets ydelsesegenskaber. Et lavt nitrideret lag er ideelt til applikationer, hvor delen udsættes for let slid eller overfladeslitage. Denne type behandling tilbyder fremragende slidstyrke, mens den opretholder en hård kerne for den samlede strukturelle integritet. Et dybere nitrideret lag er på den anden side mere velegnet til komponenter udsat for svær slid, træthed eller belastning med stor indflydelse, da det giver mere omfattende beskyttelse og længere levetid. Den varierende hårdhed over det nitridede lag sikrer, at delen kan modstå høje niveauer af overfladestress, mens den undgår katastrofal fiasko på grund af mildhed.
