Độ cứng bề mặt của Thép hợp kim nitriding là cao nhất ở lớp ngoài cùng do sự hình thành mạnh mẽ của nitride. Quá trình nitriding liên quan đến sự khuếch tán của các nguyên tử nitơ vào bề mặt của thép, phản ứng với sắt hoặc các nguyên tố hợp kim khác để tạo thành nitrids cứng, như nitride sắt (FE4N, FE2-3N), crom nitride hoặc nitrua nhôm. Các hợp chất này làm tăng đáng kể độ cứng bề mặt, đạt được các giá trị cao tới HV 1000-1200 hoặc thậm chí cao hơn. Lớp cứng này làm cho vật liệu có khả năng chống mòn, mài mòn và mệt mỏi bề mặt cao, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và dụng cụ. Lợi ích chính của độ cứng bề mặt cao này là khả năng nâng cao của vật liệu để chống lại thiệt hại bề mặt, duy trì chức năng và tính thẩm mỹ trong điều kiện khắc nghiệt.
Quá trình nitriding dẫn đến độ dốc độ cứng dần dần từ bề mặt đến lõi của thép. Khi nitơ khuếch tán vào thép, nồng độ nitơ giảm theo độ sâu, dẫn đến mật độ nitride thấp hơn dần dần bên dưới bề mặt. Điều này làm cho độ cứng giảm dần từ lớp nitrated bên ngoài vào thép bên dưới. Độ cứng gần bề mặt có thể cao như HV 1000-1200, trong khi ở một vài micron bên dưới bề mặt, độ cứng giảm xuống khoảng HV 600-800. Khi bạn tiếp tục sâu hơn vào lớp nitrated, nó thậm chí còn trở nên mềm hơn, với các giá trị độ cứng giảm hơn nữa. Độ dốc trong độ cứng đảm bảo rằng thép vẫn giữ được một lõi cứng có thể chịu được các ứng suất cơ học trong khi cung cấp bên ngoài cứng để chống mài mòn và mệt mỏi. Độ dốc độ cứng này có thể được thiết kế dựa trên nhu cầu ứng dụng, cung cấp sự cân bằng tối ưu giữa độ bền bề mặt và độ bền bên trong.
Bên dưới bề mặt nitrid, độ cứng lõi của vật liệu vẫn không bị ảnh hưởng bởi quá trình nitriding. Cốt lõi của vật liệu, là phần lớn của thép, giữ lại độ cứng và tính chất cơ học ban đầu của nó được xác định bởi hợp kim thép cơ bản. Đối với thép hợp kim nitriding, độ cứng cốt lõi vẫn nằm trong phạm vi HV 300-450, tùy thuộc vào thành phần của hợp kim, lịch sử xử lý nhiệt và cấu trúc luyện kim tổng thể. Mặc dù nitriding tăng cường đáng kể tính chất bề mặt, lõi cung cấp độ dẻo cần thiết, khả năng chống va đập và độ bền bảo vệ bộ phận khỏi sự thất bại thảm khốc. Lõi mềm hơn cho phép thành phần hấp thụ các lực tác động mà không bị nứt hoặc trở nên giòn, góp phần vào hiệu suất tổng thể của vật liệu trong các ứng dụng đòi hỏi phải có cả độ bền và độ cứng.
Ảnh hưởng của các thông số quá trình: Một số thông số nitriding, bao gồm thời gian, nhiệt độ và nồng độ nitơ, đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định độ sâu của lớp nitrid và cấu hình độ cứng kết quả. Thời gian nitriding dài hơn và nhiệt độ cao hơn cho phép nitơ khuếch tán sâu hơn vào thép, dẫn đến một lớp nitrated dày hơn với độ cứng bề mặt cao hơn. Ngược lại, thời gian nitriding ngắn hơn hoặc nhiệt độ thấp hơn có thể dẫn đến một lớp nitrid mỏng hơn với độ cứng bề mặt ít rõ rệt hơn. Nồng độ nitơ trong bầu khí quyển nitriding cũng ảnh hưởng đến độ dày của lớp cứng. Ví dụ, nồng độ nitơ cao hơn thường dẫn đến một lớp nitrated sâu hơn và cứng hơn. Kiểm soát các tham số này cho phép các kỹ sư điều chỉnh độ sâu và độ cứng của lớp nitrid để phù hợp với các yêu cầu ứng dụng cụ thể, cân bằng khả năng chống mài mòn và độ bền cốt lõi.
Ảnh hưởng của độ sâu lớp lên hiệu suất: Độ sâu của lớp nitrid ảnh hưởng đáng kể đến các đặc điểm hiệu suất của vật liệu. Một lớp nitrated nông hơn là lý tưởng cho các ứng dụng trong đó bộ phận tiếp xúc với mài mòn ánh sáng hoặc hao mòn bề mặt. Kiểu điều trị này cung cấp khả năng chống mài mòn tuyệt vời trong khi vẫn duy trì cốt lõi khó khăn cho tính toàn vẹn cấu trúc tổng thể. Mặt khác, một lớp nitrated sâu hơn, phù hợp hơn với các bộ phận tiếp xúc với hao mòn nghiêm trọng, mệt mỏi hoặc tải tác động cao, vì nó cung cấp sự bảo vệ đáng kể hơn và tuổi thọ cao hơn. Độ cứng khác nhau trên lớp nitrid đảm bảo rằng phần có thể chịu được mức độ căng thẳng bề mặt cao trong khi tránh thất bại thảm khốc do độ giòn.
