Nitridingsprosessen involverer diffusjon av nitrogen inn i overflaten av stålet, og danner et hardt, nitrogenrikt lag. Dette laget er sammensatt av jernnitrider og andre nitrider, noe som øker hardheten på stålets overflate betydelig. Resultatet er en slitasjebestandig barriere som hjelper til med å motstå skader fra slipende krefter og kontaktstress, som begge er kjente bidragsytere til utmattelsessvikt. I miljøer med høyt stress forhindrer den herdede overflaten overflatematerialet i å slite seg, noe som ellers ville skapt uregelmessigheter som fungerer som initieringssteder for sprekker. Evnen til å motstå overflateslitasje forbedrer utmattelsesmotstanden direkte ved å minimere potensialet for sprekkinitiering på grunn av overflatens nedbrytning.
Nitriding øker ikke bare hardheten, men forbedrer også den generelle integriteten til stålets overflate betydelig. Ved å introdusere nitrogenatomer blir overflaten mer ensartet og tett, og eliminerer eller reduserer tilstedeværelsen av mikrosprekker, porøsitet og overflatedefekter. Overflate -ufullkommenheter som groper, riper eller tomrom kan fungere som stresskonsentratorer under gjentatte lastesykluser, noe som fører til for tidlig sprekkdannelse. Ved å lage en jevnere, mer defektfri overflate, minimerer nitriding muligheten for slike ufullkommenheter, noe som ellers kan føre til at sprekker dannes og forplanter seg. Denne forbedrede overflateintegriteten, spesielt under høye stress-forhold, forhindrer initiering av sprekker, noe som er essensielt for å opprettholde materialets holdbarhet under syklisk belastning.
En av de mest kritiske og gunstige effektene av nitriding er dannelsen av komprimerende restspenninger på overflaten av stålet. Under nitriding diffunderer nitrogen inn i stålet, noe som forårsaker en liten utvidelse av overflaten, noe som skaper trykkspenninger. Disse komprimerende belastningene er svært gunstige fordi de motvirker strekkspenninger, som er den viktigste årsaken til sprekkinitiering og forplantning i metaller. I materialer som gjennomgår syklisk belastning, kan strekkspenninger føre til dannelse av mikrokrakker, som til slutt kan vokse til større brudd. Ved å innføre trykkspenninger, forbedrer nitriding stålets motstand mot å sprekke initiering og gjør det mindre utsatt for brudd under gjentatte lastesykluser. Dette fenomenet er spesielt verdifullt i komponenter utsatt for høyspenning, utmattede utsatte miljøer, for eksempel bildeler, gir eller turbinblader.
I ubehandlet stål, når en utmattelseskrekk begynner å danne seg, kan den forplante seg raskt gjennom materialet, spesielt under forhold med svingende eller vekslende spenninger. Når stålstenger gjennomgår nitriding, reduserer imidlertid det harde nitriderte laget betydelig hastigheten som sprekker kan forplante seg. Den herdede overflaten og de induserte komprimerende restspenningene skaper en barriere som motstår sprekkvekst. Spesielt hindrer det nitrerte laget fremdriften av sprekker som kan dannes på grunn av tretthet, bremse veksten og styrke materialets motstand mot katastrofal svikt. Det harde, tette overflatelaget gir ekstra styrke og seighet som hjelper til med å forhindre at sprekker utvides, spesielt under sykliske stressforhold. Som et resultat, Nitriderte stålstenger Opplev lengre levetid, selv i svært krevende applikasjoner der tretthet er en primær bekymring.
Mens nitriding først og fremst styrker overflaten gjennom økt hardhet, forbedrer den også overflateens seighet, en viktig faktor i utmattelsesmotstanden. Overflate tøffhet refererer til materialets evne til å absorbere energi og motstå sprekkinitiering og forplantning under stress. Nitridingsprosessen endrer mikrostrukturen til stålet ved overflaten, og fremmer en økning i både seighet og styrke. Denne tøffere overflaten hjelper til med å absorbere energi mot påvirkning eller svingende belastninger, noe som reduserer sannsynligheten for sprekkinitiering. I applikasjoner med høyt stress, forbedrer denne økte seigheten materialets evne til å motstå repeterende belastning uten å oppleve det tidlige stadiet brudd eller sprekkforplantning som kan oppstå i ubehandlet stål.3
