Nitridace (nitridování) je chemicko-tepelné zpracování kovů, při kterém se povrch ocelových nebo litinových součástí nasycuje dusíkem. Tento proces vytváří na povrchu materiálu extrémně tvrdou vrstvu nitridů, která výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení, korozi a únavě materiálu, aniž by bylo nutné součást po nitridaci znovu kalit.
Naše společnost nabízí nitridaci klasickou plynovou metodou v atmosféře čpavku. Nitridace se aplikuje na již hotové (obrobené) díly. Díky principu plynového procesu se parametry výrobku z pohledu tolerancí nijak nemění a nedochází k žádným deformacím. Nitridovaný výrobek již není díky své tvrdosti možné obrábět běžnými prostředky.
V našem výrobním programu nitridaci využíváme už 20 let na finální úpravu čepů, kterými jsou spojována jednotlivá výsuvná ramena pump na dopravu betonu do vysokých výšek nebo na větší vzdálenosti (až 60 metrů). Na čepy jsou proto kladeny velmi vysoké nároky z pohledu pevnosti, odolnosti proti korozi a proti otěru. Máme tedy s procesem nitridace bohaté zkušenosti a pro zajištění spolehlivosti a vysokých objemů nitridace máme k dispozici dvě nitridační pece od firmy Rohde SG 80/120.
A volnou kapacitu nitridace Vám nabízíme v rámci kooperace k využití. Naše pece pojmou výrobky až do délky 1 m a průměru 800 mm u trubky a 400 mm u plného materiálu. Samozřejmě lze zaplnit celý objem pece s objemem téměř 1 m3 menšími výrobky. Kvalitu parametrů nitridace potvrzují i laboratorní výsledky.
Proč se nitridace dělá?
- Zvýšení odolnosti: Chrání součástky před rychlým opotřebením třením.
- Prodloužení životnosti: Zajišťuje, že namáhané díly budou fungovat déle.
- Tvarová stálost: Proces probíhá při nižších teplotách než při kalení, takže se díly nekroutí.
- Ochrana v těžkých podmínkách: Pomáhá součástem odolávat korozi a vysokým teplotám.
Co nitridace přinese?
- Extrémní tvrdost: Povrch je mnohem tvrdší než po běžném kalení.
- Vysoká odolnost proti opotřebení: snižuje se otěr a riziko zadření (např. u hřídelí).
- Korozní odolnost: Dusíková vrstva aktivně chrání kov před rezivěním.
- Teplotní stabilita: Tvrdost povrchu neklesá ani při zahřátí (až do cca 400–500 °C).
- Žádné deformace: Díky teplotám pod 600 °C zůstávají rozměry dílu přesné.
- Zvýšení únavové pevnosti: Součástky lépe odolávají dynamickému a střídavému namáhání.
Nitridace se hodí pro součásti, které čelí mechanickému opotřebení, dynamickému zatížení a korozivnímu prostředí. U níže uvedených typů namáhání nitridace přináší nejlepší výsledky:
- Mechanické otěrové namáhání (Abraze a adheze)
- Klouzavé tření: Ideální pro díly, které se o sebe třou bez dostatečného mazání.
- Riziko zadření: Dusíková vrstva brání mikro-svařování kovů při vysokém tlaku.
- Příklad: Pístní čepy, vačkové hřídele, kluzná ložiska.
- Dynamické a střídavé namáhání (Únava materiálu)
- Ohybové a krouticí kmitání: Nitridace vytváří v povrchové vrstvě tlakové předpětí.
- Šíření trhlin: Tlakové napětí v rámci povrchu brání vzniku a šíření únavových mikrotrhlin.
- Příklad: Klikové hřídele, ozubená kola, hřídele převodovek.
- Tepelné namáhání (Vysoké teploty)
- Teplotní šoky: Povrch neztrácí svou tvrdost ani při trvalém zahřátí do cca 500 °C.
- Teplotní únava: Odolává střídání vysokých a nízkých teplot bez popuštění (změknutí).
- Příklad: Formy pro tlakové lití hliníku, zápustky, výfukové ventily.
- Korozní namáhání
- Atmosférická koroze: Speciální typy (např. nitrokarbonitace s oxidací) nahrazují chromování.
- Koroze ve vlhku: Povrchová vrstva nitridů železa je chemicky stabilnější než u čisté oceli.
- Příklad: Hydraulické pístnice, komponenty čerpadel.
Proces plynové nitridace za přítomnosti čpavku (amoniaku – NH3) je sofistikovaná chemicko-tepelná reakce. Klíčové je, že ocel nedokáže absorbovat běžný plynný dusík (N2), protože jeho molekuly jsou příliš stabilní. Ocel potřebuje atomární dusík N), který vzniká právě rozkladem čpavku. Proces v uzavřené peci (retortě) probíhá v následujících fázích:
- Ohřev a příprava atmosféry
- Součásti se vloží do hermetické pece a zahřejí se na teplotu nejčastěji mezi 500 °C a 530 °C.
- Z pece se vyčerpá vzduch a začne se vhánět čistý, bezvodý plynný čpavek (NH3). Přidává se i malé množství vodíku nebo dusíku pro přesnou regulaci.
- Disociace (rozklad) čpavku
Při teplotách nad 400 °C se čpavek v přítomnosti železa (které funguje jako katalyzátor) stává nestabilním a začne se rozkládat na extrémně reaktivní atomární dusík a plynný vodík.
- Klíčový parametr (Míra disociace): Průtok plynu se řídí tak, aby se v peci rozkládalo zhruba 15 % až 35 % přiváděného čpavku. Pokud by se rozložil všechen čpavek, atomární dusík by se hned spojil do stabilních molekul N2 a proces by se zastavil. Proto musí plyn pecí neustále proudit (vymění se zhruba 4krát za hodinu).
- Adsorpce a difuze dusíku
- Vzniklé volné atomy dusíku se okamžitě přichytí (adsorbují) na povrch oceli.
- Protože je v peci vysoká teplota, atomy dusíku začnou díky přirozenému tlaku (koncentračnímu spádu) vnikat (difundovat) do krystalové mřížky oceli.
- Rychlost difuze se řídí tzv. nitridačním potenciálem KN, což je v podstatě hlídaný poměr mezi množstvím nerozloženého čpavku a vzniklého vodíku v peci.
- Tvorba nitridované vrstvy
Jak dusík postupuje hlouběji do materiálu, reaguje se železem a legujícími prvky oceli (např. chrom, hliník, molybden). Na oceli tak vznikají dvě odlišné zóny:
- Spojovací (bílá) vrstva (cca 5 až 30 mikronů): Zcela na povrchu se vytvoří čisté nitridy železa. Tato vrstva je velmi tvrdá, hladká a dává součástce vynikající odolnost proti korozi a opotřebení. Při metalografickém výbrusu pod mikroskopem svítí bíle (odtud název).
- Difuzní zóna (cca 0,1 až 0,6 mm): Pod bílou vrstvou je zóna, kde je dusík rozpuštěn v mřížce železa a tvoří jemné jehličky nitridů s legujícími prvky. Tato hlubší vrstva dodává součásti vysokou únavovou pevnost a tvrdost.
- Řízené chlazení
Po uplynutí stanovené doby (proces trvá v závislosti na požadované hloubce nitridace od 6 do 72 hodin) se vypne ohřev. Součásti se nechávají velmi pomalu chladit přímo v peci za stálého ochranného proudu plynu. Tím se zabrání oxidaci oceli (zčernání) a minimalizují se jakékoli vnitřní pnutí nebo deformace tvaru.
Kvalitu nitridace prováděnou naší společností potvrdila (mimo dlouholetou spokojenost firmy Putzmeister) i prototypová laboratoř PRETTL, která vydala 2 protokoly potvrzující vyhovující kvalitu zkoumaných vzorků: