NITRIRANJE

Nitriranje je toplotno–kemični postopek utrjevanja površine. Uporablja se pri jeklih, ki vsebujejo manj kot 0,2%C tako, da je žilavost jedra večja. Navadna ogljikova jekla niso primerna, zato ker se utrjena plast lušči in odstopa. Primernejša so jekla, ki vsebujejo manjši delež legirnih elementov (Al, Cr, V, Mo, Nb, Co, Ti). Legirni elementi povečajo odpornost proti luščenju in obstojnost dosežene trdote tudi pri višjih temperaturah. Nitriranje poteka tako, da izdelke v posebnih komorah v katerih dušik, žarijo pri temperaturi 500 do 600°C. Čas žarenja (3 do 4 dni) je odvisen od sredstva in želene globine utrjevanja.

Sredstva za nitriranje:

NH3 – amonjak (plin)

Cianidne soli – kopeli KCN, NaCN, NaCl

Hitrost nitriranja: ~ 0,01 mm/h

Namen žarenja je raztopiti ustrezno količino dušika na površini izdelka. Po žarenju se izdelek ohlaja normalno in ga ni potrebno kaliti. Vzrok utrjevanja so nitridi železa in legirnih elementov, ki imajo večjo trdoto od martenzita in karbidov. Pri tem je pomembno, da so nastali nitridi submikroskopsko majhni in enakomerno porazdeljeni po celotni strukturi. Velikost in porazdelitev nitridov je odvisna od sestave jekel ter načina in temperature nitriranja. Nitriranje v solni kopeli poteka v loncih, ki so prevlečeni s titanom. Za prezračevanje, se v solno raztopino dovaja zrak (N, O), ki je potreben za ustrezno koncentracijo cianatov. Postopek traja le nekaj ur in se imenuje Tenifer. Na površini izdelkov nastane tanka plast oksidov, nitridov in karbidov železa. Pri tem postopku ni pojava luščenja nitrirane plasti, zato se lahko nitrirajo tudi nelegirana jekla in ostale Fe litine. Slaba stran tega postopka je strupenost cianidnih soli. 

 

Plazemsko nitriranje je v bistvu elektrokemijski postopek, ki je bistveno hitrejši od prejšnjih. Po tem postopku so nitrirana rezilna orodja do 5 krat obrabno bolj odporna kot navadno nitrirana.

-tlak plinov v peči je 0,02 do 0,1 mbar

-temperatura v peči je 450 do 600°C

-trajanje postopka je 5 do 40 ur

-hitrost nitriranja 0,02 do 0,2 mm/h

-debelina plasti 500 do 200 µm

Peč se najprej napolni z izdelki tako, da prosto visijo. Nato se iz peči izčrpa zrak ter se pod nizkim tlakom dovaja dušik. Ohišje peči se priključi na anodo, izdelki pa na katodo enosmerne napetosti. V močnem električnem polju in pri povišani temperaturi dušik disocira in ionizira.

N2 => 2 N =>2 N+

Ioni dušika z veliko hitrostjo zadevajo površino obdelovanca in pri tem nastajajo ˝posebni˝ nitridi železa ali legirnih elementov. Nitridi pri tem nastajajo tudi izven površine izdelkov. Pri trčenju pospešenih ionov, velik del Fe atomov zapušča površino izdelka. Stanje pri katerem se naelektreni, pospešeni in prosti delčki premikajo z velikimi hitrostmi ter med seboj intenzivno reagirajo imenujemo plazma. Pri tem železo lahko tvori več tipov nitridov in sicer FeN, Fe2N, Fe3N. Podobne nitride tvorijo tudi legirni elementi. 

 

Značilnost plazemskega nitriranja:

Nitriranje legiranih jekel, litin, prahov in lahkih kovin

Nadzorovana rast nitridnih plasti, ki so trde in duktilne

Široko območje temperatur nitriranja (400 do 900°C)

Delno nitriranje orodij ali strojnih delov

Kratek čas segrevanja do temperature nitriranja

Zanemarljive dimenzijske spremembe

Visoka stopnja ponovljivosti

Ni potrebna draga končna obdelava

Uporabnost za posamezne in serijske izdelke

Okolju prijazen in energijsko varčen postopek

Vir: https://www.termeh.si/storitve/plazmanitriranje/

Prednosti nitriranja pred cementiranjem so:    

-večja dosežena trdota > 70HRc (>1000 HV)

-trdota se ohrani do višjih temperatur (do 700°C) 

-izdelke ni potrebno kaliti

-ni notranjih napetosti

-postopek poteka pri nižjih temperaturah (do 550°C)

-ni bistvenih vplivov na strukturo materiala

-površina postane korozijsko odpornejša

Uporaba nitriranja :

-ventili motorjev

-hitrorezna orodja

-zelo obremenjeni zobniki

Slaba stran nitriranja:

-draga in strupena sredstva

-tanjša utrjena plast  

-površina se ne sme brusiti