Proces nitriranja uključuje difuziju dušika u površinu čelika, tvoreći tvrdi sloj bogat dušikom. Ovaj sloj sastoji se od željeznih nitrida i drugih nitrida, što značajno povećava tvrdoću površine čelika. Rezultat je barijera otporna na habanje koja pomaže oduprijeti oštećenju od abrazivnih sila i kontaktnog stresa, a obje su poznate doprinose zatajenju umora. U okruženju s visokim stresom, otvrdnuta površina sprječava da se površinski materijal istroši, što bi inače stvorilo nepravilnosti koje služe kao inicijacijska mjesta za pukotine. Sposobnost odobravanja površinskog trošenja izravno poboljšava otpornost na umor minimiziranjem potencijala za pokretanje pukotina uslijed degradacije površine.
Nitriranje ne samo da povećava tvrdoću, već i značajno poboljšava cjelokupni integritet površine čelika. Uvođenjem atoma dušika, površina postaje ujednačenija i gusta, uklanjajući ili smanjujući prisutnost mikro-pukotina, poroznosti i površinskih oštećenja. Površinske nesavršenosti poput jama, ogrebotina ili praznina mogu djelovati kao koncentratori naprezanja tijekom opetovanih ciklusa utovara, što dovodi do preranog stvaranja pukotina. Stvaranjem glatke, više površine bez oštećenja, Nitriding minimizira mogućnost takvih nesavršenosti, što u suprotnom može uzrokovati formiranje i širenje pukotina. Ovaj poboljšani integritet površine, posebno u uvjetima visokog stresa, sprječava pokretanje pukotina, što je ključno za održavanje trajnosti materijala u cikličkom opterećenju.
Jedan od najkritičnijih i najpovoljnijih učinaka nitriranja je stvaranje kompresijskog zaostalih naprezanja na površini čelika. Tijekom nitriranja, dušik se difuzira u čelik, uzrokujući lagano širenje površine, što stvara pritiska na pritisak. Ova kompresijska naprezanja su vrlo korisna jer se suprotstavljaju zateznim naponima, što su glavni uzrok pokretanja pukotina i širenja metala. U materijalima koji prolaze cikličko opterećenje, zatezanje napona mogu dovesti do stvaranja mikropukotina, što na kraju može prerasti u veće prijelome. Uvođenjem tlačnih naprezanja, nitriranje povećava otpornost čelika na pokretanje pucanja i čini ga manje sklonom lomu u opetovanim ciklusima opterećenja. Ovaj je fenomen posebno vrijedan u komponentama izloženim okruženjima sklonim za umor, kao što su automobilski dijelovi, zupčanici ili turbinske lopatice.
U neobrađenom čeliku, nakon što se počne stvarati pukotina umora, može se brzo širiti kroz materijal, posebno u uvjetima fluktuirajućih ili naizmjeničnih naprezanja. Međutim, kada čelične šipke podvrgnu nitringu, tvrdi nitrirani sloj značajno smanjuje brzinu kojom se pukotine mogu razmnožavati. Očvršćena površina i inducirani tretirani preostali naprezanja stvaraju barijeru koja odolijeva rastu pukotina. Konkretno, nitrirani sloj ometa napredak pukotina koje bi se mogle formirati zbog umora, usporavanja njihovog rasta i povećanja otpornosti materijala na katastrofalni neuspjeh. Tvrdi, gusti površinski sloj pruža dodatnu snagu i žilavost koja pomaže u sprječavanju širenja pukotina, posebno u uvjetima cikličkih stresa. Kao rezultat, nitrided čelične šipke Doživite duži radni vijek, čak i u vrlo zahtjevnim aplikacijama gdje je umor glavna briga.
Iako nitriranje prvenstveno jača površinu povećanom tvrdoćom, ona također poboljšava čvrstoću površine, što je važan faktor u otpornosti umora. Čvrstoća površine odnosi se na sposobnost materijala da apsorbira energiju i odupire se pokretanju pukotina i širenje pod stresom. Proces nitriranja modificira mikrostrukturu čelika na površini, promičući povećanje žilavosti i čvrstoće. Ova čvršća površina pomaže apsorbiranju energije iz udara ili fluktuirajućih opterećenja, što smanjuje vjerojatnost pokretanja pukotina. U aplikacijama s visokim stresom, ova povećana žilavost povećava sposobnost materijala da izdrži ponavljajuće opterećenje bez doživljaja loma u ranoj fazi ili širenja pukotina koji bi se mogli pojaviti u neliječenom čeliku.
