Povrchová tvrdosť Zliatinová oceľ je najvyššia vo vonkajšej vrstve v dôsledku intenzívnej tvorby nitridov. Proces nitridovania zahŕňa difúziu atómov dusíka do povrchu ocele, ktorá reaguje so železom alebo inými zliatinovými prvkami za vzniku tvrdých nitridov, ako sú nitridy železa (FE4N, FE2-3N), nitridy chrómu alebo hlinité nitridy. Tieto zlúčeniny významne zvyšujú tvrdosť povrchu a dosahujú hodnoty tak vysoké ako HV 1000-1200 alebo dokonca vyššie. Vďaka tejto kalenej vrstve je materiál vysoko odolný voči opotrebovaniu, oderu a povrchovej únave, vďaka čomu je ideálny pre vysoko výkonné aplikácie v odvetviach, ako sú automobilový priemysel, letecký priestor a náradie. Primárnou výhodou tejto vysokej povrchovej tvrdosti je zvýšená schopnosť materiálu odolávať poškodeniu povrchu, udržiavať funkčnosť a estetiku za tvrdých podmienok.
Proces nitridingu vedie k postupnému gradientu tvrdosti od povrchu po jadro ocele. Keď dusík difunduje do ocele, koncentrácia dusíka sa s hĺbkou znižuje, čo vedie k progresívne nižšej hustote nitridov ďalej pod povrchom. To spôsobuje, že tvrdosť postupne klesá z vonkajšej nitridovanej vrstvy do podkladovej ocele. Tvrdosť v blízkosti povrchu môže byť taká vysoká ako HV 1000-1200, zatiaľ čo pri niekoľkých mikrónoch pod povrchom klesá tvrdosť okolo HV 600-800. Keď budete pokračovať hlbšie do nitridovanej vrstvy, stáva sa ešte mäkším a hodnoty tvrdosti ďalej klesajú. Gradient v tvrdosti zaisťuje, že oceľ si zachováva tvrdé jadro, ktoré vydrží mechanické napätie a zároveň poskytuje tvrdý exteriér na odolávanie opotrebeniu a únave. Tento gradient tvrdosti môže byť navrhnutý na základe potrieb aplikácií a ponúka optimálnu rovnováhu medzi odolnosťou povrchu a vnútornou húževnatosťou.
Pod nitridovaným povrchom zostáva základná tvrdosť materiálu do značnej miery ovplyvnená nitridingovým procesom. Jadro materiálu, ktorým je väčšina ocele, si zachováva svoju pôvodnú tvrdosť a mechanické vlastnosti, ako je určené zliatinou základnej ocele. V prípade nitridingovej zliatinovej ocele zostáva tvrdosť jadra v rozmedzí HV 300-450, v závislosti od zloženia zliatiny, histórie tepelného spracovania a celkovej metalurgickej štruktúry. Zatiaľ čo nitriding významne zvyšuje povrchové vlastnosti, jadro poskytuje požadovanú ťažnosť, odolnosť proti nárazu a húževnatosť, ktorá chránia časť pred katastrofickým zlyhaním. Mäkšie jadro umožňuje komponentu absorbovať nárazové sily bez prasknutia alebo krehkého, čo prispieva k celkovému výkonu materiálu v náročných aplikáciách, kde je potrebná húževnatosť aj tvrdosť.
Vplyv procesných parametrov: Niekoľko nitringových parametrov, vrátane času, teploty a koncentrácie dusíka, zohráva rozhodujúcu úlohu pri určovaní hĺbky nitridovanej vrstvy a výsledného profilu tvrdosti. Dlhšie nitringové časy a vyššie teploty umožňujú, aby sa dusík rozptýlil hlbšie do ocele, čo vedie k silnejšej nitrovanej vrstve s vyššou povrchovou tvrdosťou. Naopak, kratšie nitridingové časy alebo nižšie teploty môžu mať za následok tenšiu nitrovanú vrstvu s menej výraznou tvrdosťou povrchu. Koncentrácia dusíka v nitringovej atmosfére tiež ovplyvňuje hrúbku kalenej vrstvy. Napríklad vyššie koncentrácie dusíka vo všeobecnosti vedú k hlbšej a tvrdšej nitridovanej vrstve. Ovládanie týchto parametrov umožňuje inžinierov prispôsobiť hĺbku a tvrdosť nitridovanej vrstvy tak, aby vyhovovali konkrétnym požiadavkám na aplikáciu, vyrovnávali odolnosť proti opotrebeniu a húževnatosť základnej.
Vplyv hĺbky vrstvy na výkon: Hĺbka nitridovanej vrstvy významne ovplyvňuje výkonnostné charakteristiky materiálu. Bežúca nitridovaná vrstva je ideálna pre aplikácie, kde je časť vystavená oderu svetla alebo opotrebeniu povrchu. Tento typ ošetrenia ponúka vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu pri zachovaní tvrdého jadra pre celkovú štrukturálnu integritu. Na druhej strane hlbšia nitridovaná vrstva je vhodnejšia pre komponenty vystavené silnému opotrebeniu, únave alebo zaťaženiu s vysokým dopadom, pretože poskytuje podstatnejšiu ochranu a dlhšiu životnosť. Rôzna tvrdosť v nitridovanej vrstve zaisťuje, že časť môže odolávať vysokým úrovniam povrchového napätia a zároveň sa vyhnúť katastrofickým zlyhaním v dôsledku krehkosti.
