Quá trình nitriding liên quan đến sự khuếch tán của nitơ vào bề mặt của thép, tạo thành một lớp giàu nitơ cứng. Lớp này bao gồm các nitride sắt và các nitride khác, làm tăng đáng kể độ cứng của bề mặt thép. Kết quả là một rào cản chống hao mòn giúp chống lại thiệt hại từ các lực mài mòn và căng thẳng tiếp xúc, cả hai đều được biết đến những người đóng góp cho sự cố mệt mỏi. Trong môi trường căng thẳng cao, bề mặt cứng ngăn vật liệu bề mặt bị mòn, điều này sẽ tạo ra sự bất thường đóng vai trò là vị trí khởi đầu cho các vết nứt. Khả năng chống mài mòn bề mặt trực tiếp cải thiện khả năng chống mỏi bằng cách giảm thiểu khả năng bắt đầu vết nứt do suy thoái bề mặt.
Nitriding không chỉ làm tăng độ cứng mà còn cải thiện đáng kể tính toàn vẹn của bề mặt thép. Bằng cách giới thiệu các nguyên tử nitơ, bề mặt trở nên đồng nhất và dày đặc hơn, loại bỏ hoặc giảm sự hiện diện của các vi mô, độ xốp và khuyết tật bề mặt. Những khiếm khuyết bề mặt như hố, vết trầy xước hoặc lỗ rỗng có thể đóng vai trò là bộ tập trung ứng suất trong các chu kỳ tải lặp đi lặp lại, dẫn đến sự hình thành vết nứt sớm. Bằng cách tạo ra một bề mặt mượt mà hơn, không khuyết tật hơn, Nitriding giảm thiểu khả năng của những khiếm khuyết đó, điều này có thể khiến các vết nứt hình thành và lan truyền. Tính toàn vẹn bề mặt tăng cường này, đặc biệt là trong điều kiện căng thẳng cao, ngăn chặn sự bắt đầu của các vết nứt, điều này rất cần thiết để duy trì độ bền của vật liệu dưới tải theo chu kỳ.
Một trong những tác động quan trọng và có lợi nhất của nitriding là sự hình thành các ứng suất dư nén ở bề mặt thép. Trong quá trình nitriding, nitơ khuếch tán vào thép, gây ra sự giãn nở nhẹ của bề mặt, tạo ra ứng suất nén. Những ứng suất nén này rất có lợi vì chúng chống lại ứng suất kéo, đó là nguyên nhân chính của sự khởi đầu và lan truyền vết nứt trong kim loại. Trong các vật liệu trải qua quá trình tải theo chu kỳ, ứng suất kéo có thể dẫn đến sự hình thành của vicrocracks, cuối cùng có thể phát triển thành các gãy xương lớn hơn. Bằng cách giới thiệu các ứng suất nén, Nitriding giúp tăng cường khả năng chống lại thép đối với sự khởi đầu vết nứt và làm cho nó ít bị gãy trong các chu kỳ tải lặp đi lặp lại. Hiện tượng này đặc biệt có giá trị trong các thành phần tiếp xúc với môi trường căng thẳng cao, dễ bị mệt mỏi, như các bộ phận ô tô, bánh răng hoặc lưỡi tuabin.
Trong thép không được xử lý, một khi vết nứt mệt mỏi bắt đầu hình thành, nó có thể lan truyền nhanh chóng thông qua vật liệu, đặc biệt là trong các điều kiện của các ứng suất dao động hoặc xen kẽ. Tuy nhiên, khi các thanh thép trải qua nitriding, lớp nitrid cứng làm giảm đáng kể tốc độ mà các vết nứt có thể lan truyền. Bề mặt cứng và ứng suất dư nén gây ra tạo ra một rào cản chống lại sự tăng trưởng vết nứt. Cụ thể, lớp nitrated cản trở tiến trình của các vết nứt có thể hình thành do mệt mỏi, làm chậm sự tăng trưởng của chúng và tăng cường khả năng chống lại vật chất đối với thất bại thảm khốc. Lớp bề mặt cứng, dày đặc cung cấp thêm sức mạnh và độ bền giúp ngăn chặn các vết nứt mở rộng, đặc biệt là trong điều kiện căng thẳng theo chu kỳ. Kết quả là Thanh thép nitrid Trải nghiệm cuộc sống dịch vụ lâu hơn, ngay cả trong các ứng dụng đòi hỏi cao, nơi mệt mỏi là mối quan tâm chính.
Mặc dù nitriding chủ yếu tăng cường bề mặt thông qua độ cứng tăng lên, nó cũng cải thiện độ bền bề mặt, một yếu tố quan trọng trong sức đề kháng mệt mỏi. Độ bền bề mặt đề cập đến khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu và chống lại sự khởi đầu và lan truyền vết nứt dưới căng thẳng. Quá trình nitriding sửa đổi cấu trúc vi mô của thép trên bề mặt, thúc đẩy sự gia tăng cả độ dẻo dai và sức mạnh. Bề mặt cứng hơn này giúp hấp thụ năng lượng từ tác động hoặc tải biến động, làm giảm khả năng bắt đầu vết nứt. Trong các ứng dụng căng thẳng cao, độ bền tăng này giúp tăng cường khả năng của vật liệu để chịu được tải tải lặp đi lặp lại mà không gặp phải vết nứt giai đoạn đầu hoặc lan truyền vết nứt có thể xảy ra trong thép không được xử lý.
