Nitridovanie
Difuze dusíku při cca 500 °C bez následného kalení, tedy s minimální deformací.
- Účel
- Velmi tvrdý povrch, odolnost proti otěru a únavě.
- Typické použití
- Formy, vřetena, hřídele, komponenty s přesným rozměrem.
- Vhodné materiály
- Nitridační oceli 31CrMoV9, 34CrAlMo5, zušlechtěné oceli.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Nitridace je nízkoteplotní difuzní úprava (500–550 °C), při které se do povrchu oceli vpravuje dusík. Vzniká velmi tvrdá nitridická vrstva s vynikající odolností proti opotřebení a únavě – bez následného kalení a s minimálními deformacemi.
Díly se ohřívají v atmosféře amoniaku (NH₃, případně s dusíkem/vodíkem) při 500–550 °C po dobu 10–40 h. Rozkladem NH₃ na povrchu se uvolňuje atomární dusík, který difunduje do oceli a tvoří s legujícími prvky (Al, Cr, Mo, V) tvrdé nitridy. Alternativou je plazmová nitridace ve vakuu při 350–450 °C, která umožňuje i selektivní zpevňování. Vrstva má dvě zóny: tenkou „bílou vrstvu“ (Fe₂₋₃N, Fe₄N) a hlubší difuzní zónu s precipitáty CrN, AlN.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 500–550 °C (typicky ~520 °C; plazmová nitridace 350–450 °C)
- Doba: 10–40 h (napr. 20 h ≈ 0,3 mm vrstva)
- Hloubka vrstvy: 0,1–0,5 mm (běžně 0,1–0,3 mm)
- Povrchová tvrdost: 650–1 200 HV podle slitiny
- Atmosféra: čistý amoniak, případně s N₂/H₂; plazmové pece s elektrickým výbojem
Typické aplikace
- Pružiny, vačky a ozubená kola
- Nástrojové a lisovací formy, obráběcí nástroje
- Díly citlivé na deformaci – nitridace nevyžaduje kalení
- Povrchy vystavené provozu při vyšších teplotách (tvrdost se udržuje nad 400 °C)
Výhody
- Vyšší únavová odolnost než po cementování
- Minimální deformace – proces pod teplotou popouštění
- Estetický matný šedočerný povrch a zlepšená korozní odolnost
- Bez následného kalení – řízené ochlazení vzduchem
Omezení a rizika
- Velmi dlouhé procesní časy při nízké rychlosti difuze dusíku
- Příliš silná bílá vrstva je křehká a může se odlupovat
- Teplota nesmí překročit teplotu předchozího popouštění, jinak dochází k degradaci jádra
- Austenitické nerezové oceli lze nitridovat pouze nízkoteplotním plazmatem
Kontrola kvality
- Měření nitridační hloubky (NHD) podle DIN 50190-3 a ISO 18203 – pokles tvrdosti o 50 HV
- Měření tvrdosti podle Vickerse v přesně označených hloubkách
- Optická mikroskopie výbrusů, případně RTG difrakce (identifikace Fe₄N vs. Fe₂₋₃N)
- Zkoušky opotřebení (Taber) k ověření životnosti
Bezpečnost a životní prostředí
Amoniak je toxický a dráždí oči a dýchací cesty – nitridační pece jsou hermeticky uzavřené s účinným odsáváním, detektory úniku NH₃ a neutralizací odpadních plynů. Při plazmové nitridaci vzniká při výboji ozon a UV záření (nutné stínění). Čistý rozklad NH₃ je ekologicky příznivý – produkty jsou voda a dusík.
Doporučení pro návrh procesu
- Upřednostnit oceli označené jako „nitridační“ nebo s obsahem 0,7–1,5 % Al
- Teplotu volit pod popouštěcí mezí oceli (zpravidla 500–580 °C)
- Zajistit homogenní přípravu povrchu a postupný ohřev v inertní atmosféře
- Minimalizovat zbytková napětí pomalým ochlazováním
Související normy
- DIN 50190-3 — měření nitridační hloubky (NHD)
- ISO 18203 — měření tloušťky povrchově upravených vrstev