Twardość powierzchni Stal ze stopu azotowania jest najwyższy w najbardziej zewnętrznej warstwie ze względu na intensywne tworzenie azotków. Proces azotowania obejmuje dyfuzję atomów azotu na powierzchnię stali, która reaguje z żelazem lub innymi elementami stopowymi, tworząc twarde azotki, takie jak azotki żelaza (Fe4N, Fe2-3N), azotki chromu lub azotki glinu. Związki te znacznie zwiększają twardość powierzchni, osiągając wartości tak wysokie jak HV 1000-1200 lub nawet wyższe. Ta utwardzona warstwa sprawia, że materiał jest wysoce odporny na zużycie, ścieranie i zmęczenie powierzchni, co czyni go idealnym do zastosowań o wysokiej wydajności w branżach takich jak motoryzacyjny, lotniczy i oprzyrządowanie. Główną zaletą tej wysokiej twardości powierzchni jest zwiększona zdolność materiału do odporności na uszkodzenia powierzchni, utrzymując funkcjonalność i estetykę w trudnych warunkach.
Proces nitrowania powoduje stopniowy gradient twardości od powierzchni do rdzenia stali. Gdy azot rozprasza się do stali, stężenie azotu zmniejsza się wraz z głębokością, co powoduje stopniowo niższą gęstość azotków dalej pod powierzchnią. Powoduje to stopniowe spadek twardości z zewnętrznej warstwy azotowanej do stali leżącej u podstaw. Twardość w pobliżu powierzchni może być tak wysoka jak HV 1000-1200, a przy kilku mikronach poniżej powierzchni, twardość spada do około HV 600-800. Gdy będziesz dalej głębiej w warstwę azotkową, staje się jeszcze bardziej miękka, a wartości twardości spadają. Gradient w twardości zapewnia, że stal zachowuje twardy rdzeń, który może wytrzymać naprężenia mechaniczne, zapewniając jednocześnie twardą zewnętrzną stronę, aby oprzeć się zużyciu i zmęczenia. Ten gradient twardości można zaprojektować na podstawie potrzeb aplikacji, oferując optymalną równowagę między trwałością powierzchni a wytrzymałością wewnętrzną.
Pod powierzchnią azotkową podstawową twardość materiału pozostaje w dużej mierze nienaruszona przez proces nitrowania. Rdzeń materiału, który jest masą stali, zachowuje swoją pierwotną twardość i właściwości mechaniczne określone przez stalowy stop podstawowy. W przypadku stali ze stopu azotowania podstawowa twardość pozostaje w zakresie HV 300-450, w zależności od składu stopu, historii oczyszczania cieplnego i ogólnej struktury metalurgicznej. Podczas gdy azotowanie znacznie poprawia właściwości powierzchni, rdzeń zapewnia wymaganą plastyczność, odporność na uderzenie i wytrzymałość, które chronią część przed katastrofalną awarią. Miękki rdzeń pozwala komponentowi pochłanianie sił uderzeniowych bez pękania lub kruchego, przyczyniając się do ogólnej wydajności materiału w wymagających zastosowaniach, w których potrzebna jest zarówno wytrzymałość, jak i twardość.
Wpływ parametrów procesu: kilka parametrów azotowania, w tym czas, temperatura i stężenie azotu, odgrywa kluczową rolę w określaniu głębokości warstwy azotowej i powstałego profilu twardości. Dłuższe czasy azotowania i wyższe temperatury pozwalają azotowi rozpraszać się głębiej w stal, co powoduje grubszą warstwę azotrowaną o wyższej twardości powierzchni. I odwrotnie, krótsze czasy azotowania lub niższe temperatury mogą powodować cieńszą warstwę azotrowaną o mniej wyraźnej twardości powierzchni. Stężenie azotu w atmosferze azotowania wpływa również na grubość utwardzonej warstwy. Na przykład wyższe stężenia azotu ogólnie prowadzą do głębszej i twardszej warstwy azotrowej. Kontrola tych parametrów pozwala inżynierom dostosować głębokość i twardość warstwy azotrowej, aby odpowiadały określonym wymaganiom zastosowania, równoważenie odporności na zużycie i wytrzymałość podstawową.
Wpływ głębokości warstwy na wydajność: głębokość warstwy azotrowej znacząco wpływa na charakterystykę wydajności materiału. Płytsza warstwa azotrowana jest idealna do zastosowań, w których część jest narażona na ścieranie światła lub zużycie powierzchni. Ten rodzaj leczenia oferuje doskonałą odporność na zużycie, zachowując trudny rdzeń ogólnej integralności strukturalnej. Z drugiej strony głębsza warstwa azotrowana jest bardziej odpowiednia dla elementów narażonych na ciężkie zużycie, zmęczenie lub ładowanie o wysokim wpływie, ponieważ zapewnia bardziej znaczącą ochronę i dłuższą żywotność obsługi. Różna twardość w warstwie azotrowej zapewnia, że część może wytrzymać wysoki poziom stresu powierzchniowego, unikając katastrofalnej awarii z powodu kruchości.
