Nitrocementovanie
Nauhličování s přídavkem dusíku pro lepší prokalitelnost povrchu.
- Účel
- Tvrdá vrstva s vyšší odolností proti popouštění.
- Typické použití
- Převodové a sériové strojírenské díly.
- Vhodné materiály
- Cementační a nízkolegované oceli.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Nitrocementování (feritické nitrocementování, známé také jako Tenifer, Tufftride či Melonite) je úprava, při které se do ocelového povrchu za nízkých teplot (pod kritickou teplotou) vpravují současně dusík a uhlík. Výsledkem je tenká extrémně odolná vrstva bez deformací dílu.
Plynné nitrocementování používá atmosféru NH₃ + CO₂ (nebo CH₄ + N₂) při 525–625 °C, typicky ~565 °C, po dobu 1–5 h. Vzniká tenká vrstva nitridokarbidů (Fe₄N/Fe₂₋₃N s malým podílem karbidů) s difuzní zónou pod ní. Díky nízké teplotě není nutné kalení – jádro zůstává houževnaté. Proces se běžně zakončuje následnou oxidací, která vytváří černou magnetitovou vrstvu Fe₃O₄ (~2 µm) s vysokou korozní odolností.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 525–625 °C (obvykle ~565 °C)
- Doba: 1–5 h (plynová metoda; solná do 3 h)
- Hloubka vrstvy: ~0,02–0,3 mm (typicky 0,1–0,2 mm)
- Tvrdost vrstvy: 700–1 000 HV
- Varianty: plynná, solná (kyanátové lázně), plazmová
Typické aplikace
- Zbraňové díly – výstupky, rámy (povrch Tenifer)
- Motocyklové pružiny a díly výfukových systémů
- Ozubená soukolí v zemědělských strojích
- Hřídele vysokootáčkových motorů a díly se špatnými podmínkami mazání
Výhody
- Vynikající odolnost vůči oděru, únavě a adheznímu poškození (galling)
- Prakticky žádné deformace – proces pod kritickou teplotou
- Černý dekorativní povrch s vysokou korozní odolností po postoxidaci
- Krátké procesní časy oproti klasickému nitridování
Omezení a rizika
- Velmi tenká vrstva – účinek omezený do hloubky ~0,2–0,3 mm
- Příliš silná bílá vrstva je křehká a může se odloupnout
- Solná varianta používá vysoce toxické soli (kyanidy, fluoridy) – nebezpečný odpad
- Nevhodné pro nitridační oceli s vysokým obsahem Al a pro nerezové oceli
Kontrola kvality
- Měření hloubky vrstvy podle ISO 18203 (pokles tvrdosti na hodnotu o 50 HV vyšší než tvrdost jádra)
- Kontrola tloušťky černé magnetitové vrstvy (~1–3 µm), volitelně spektrofotometrie barvy
- Zkoušky opotřebení a tření obdobně jako při nitridování
Bezpečnost a životní prostředí
Plynová metoda (NH₃ + CO₂) je ekologicky přijatelnější – solné lázně produkují vysoce toxický odpad (kyanidy, kyanatany, chloridy) kontaminující vodní zdroje. Při plazmové metodě je nutná ochrana před UV zářením a vysokou hustotou energie. Odplyny obsahující amoniak vyžadují neutralizaci, ideálně recirkulaci nebo katalytickou oxidaci.
Doporučení pro návrh procesu
- Upřednostnit plynovou metodu před solnou z ekologických důvodů
- Parametre 550–600 °C, 1–5 h pre vrstvu ~0,1–0,2 mm
- Po procesu zvážit popouštění k uvolnění vnitřních napětí
- Při konstrukci počítat s tím, že funkční vrstva sahá jen do ~0,2 mm
Související normy
- ISO 18695 — solné nitrocementování
- ISO 15511 — plynové nitrocementování
- ASTM A975 — salt bath nitrocarburizing