La durezza superficiale di Acciaio in lega nitriding è il più alto nello strato più esterno a causa dell'intensa formazione di nitruri. Il processo di nitrimento comporta la diffusione di atomi di azoto nella superficie dell'acciaio, che reagisce con il ferro o altri elementi in lega per formare nitruri duri, come nitruri di ferro (Fe4n, Fe2-3n), nitruri di cromo o nitruri di alluminio. Questi composti aumentano significativamente la durezza superficiale, raggiungendo valori fino a HV 1000-1200 o anche più in alto. Questo strato indurito rende il materiale altamente resistente all'usura, all'abrasione e all'affaticamento superficiale, rendendolo ideale per applicazioni ad alte prestazioni in settori come automobili, aerospaziali e utensili. Il vantaggio principale di questa elevata durezza superficiale è la maggiore capacità del materiale di resistere ai danni da superficie, mantenendo funzionalità ed estetica in condizioni difficili.
Il processo di nitrimento si traduce in un gradiente di durezza graduale dalla superficie al nucleo dell'acciaio. Poiché l'azoto si diffonde nell'acciaio, la concentrazione di azoto diminuisce con la profondità, con conseguente densità progressivamente inferiore di nitruri più sotto la superficie. Ciò fa sì che la durezza diminuisca gradualmente dallo strato nitrurato esterno nell'acciaio sottostante. La durezza vicino alla superficie può essere alta quanto HV 1000-1200, mentre a pochi micron sotto la superficie, la durezza scende a circa HV 600-800. Man mano che continui a più profondo nello strato nitrurato, diventa ancora più morbido, con valori di durezza che diminuiscono ulteriormente. Il gradiente di durezza garantisce che l'acciaio mantenga un nucleo duro in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche fornendo al contempo un esterno duro per resistere all'usura e alla fatica. Questo gradiente di durezza può essere progettato in base alle esigenze dell'applicazione, offrendo un equilibrio ottimale tra durata superficiale e tenacità interna.
Sotto la superficie nitrurata, la durezza del nucleo del materiale rimane in gran parte inalterata dal processo di nitrimento. Il nucleo del materiale, che è la maggior parte dell'acciaio, mantiene la sua durezza originale e le proprietà meccaniche determinate dalla lega di acciaio di base. Per l'acciaio in lega di nitriding, la durezza del nucleo rimane nella gamma di HV 300-450, a seconda della composizione della lega, della storia del trattamento termico e della struttura metallurgica generale. Mentre il nitriding migliora significativamente le proprietà della superficie, il nucleo fornisce la duttilità richiesta, la resistenza all'impatto e la tenacità che proteggono la parte dal fallimento catastrofico. Il nucleo più morbido consente al componente di assorbire le forze di impatto senza crollare o diventare fragili, contribuendo alle prestazioni complessive del materiale in applicazioni esigenti in cui sono necessarie sia la durezza che la durezza.
Influenza dei parametri di processo: diversi parametri di nitriding, tra cui tempo, temperatura e concentrazione di azoto, svolgono un ruolo cruciale nel determinare la profondità dello strato nitrurato e il profilo di durezza risultante. Tempi di nitrtura più lunghi e temperature più elevate consentono a azoto di diffondere più in profondità nell'acciaio, risultando in uno strato nitrurato più spesso con una maggiore durezza superficiale. Al contrario, tempi di nitriding più brevi o temperature più basse possono causare uno strato nitrurato più sottile con meno durezza superficiale pronunciata. La concentrazione di azoto nell'atmosfera di nitriding influenza anche lo spessore dello strato indurito. Ad esempio, concentrazioni di azoto più elevate generalmente portano a uno strato nitrurato più profondo e più duro. Il controllo su questi parametri consente agli ingegneri di adattare la profondità e la durezza dello strato nitride per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione, bilanciamento della resistenza all'usura e tenacità del nucleo.
Effetto della profondità dello strato sulle prestazioni: la profondità dello strato nitridato influenza significativamente le caratteristiche delle prestazioni del materiale. Uno strato nitrurato più superficiale è ideale per applicazioni in cui la parte è esposta all'abrasione della luce o all'usura della superficie. Questo tipo di trattamento offre un'eccellente resistenza all'usura mantenendo un nucleo duro per l'integrità strutturale complessiva. Uno strato nitrurato più profondo, d'altra parte, è più adatto ai componenti esposti a gravi usura, affaticamento o carico ad alto impatto, in quanto fornisce una protezione più sostanziale e una durata più lunga. La diversa durezza attraverso lo strato nitrided garantisce che la parte possa resistere ad alti livelli di stress superficiale evitando al contempo un fallimento catastrofico a causa della fragilità.
