Površinska tvrdoća Čelik s legurom je najviši na vanjskom sloju zbog intenzivnog stvaranja nitrida. Proces nitriranja uključuje difuziju atoma dušika u površinu čelika, koji reagira s željeznim ili drugim elementima legure kako bi nastao tvrdi nitridi, poput željeznih nitrida (Fe4N, Fe2-3N), kromijskih nitrida ili aluminijskih nitrida. Ovi spojevi značajno povećavaju površinsku tvrdoću, postižući vrijednosti visoke kao HV 1000-1200 ili čak više. Ovaj otvrdnjani sloj čini materijal vrlo otpornim na nošenje, abraziju i površinski umor, što ga čini idealnim za aplikacije visokih performansi u industrijama kao što su automobilski, zrakoplovni i alati. Primarna prednost ove visoke površinske tvrdoće je povećana sposobnost materijala da se odupire površinskim oštećenjima, održavajući funkcionalnost i estetiku u teškim uvjetima.
Proces nitriranja rezultira postupnim gradijentom tvrdoće od površine do jezgre čelika. Kako se dušik difuzira u čelik, koncentracija dušika smanjuje se s dubinom, što rezultira progresivno nižom gustoćom nitrida dalje ispod površine. To uzrokuje da tvrdoća postupno opada iz vanjskog nitriranog sloja u podložni čelik. Tvrdoća u blizini površine može biti jednaka HV 1000-1200, dok se na nekoliko mikrona ispod površine tvrdoća spušta na oko 600-800 HV 600-800. Dok se nastavljate dublje u nitridirani sloj, on postaje još mekši, a vrijednosti tvrdoće dodatno opadaju. Gradijent tvrdoće osigurava da čelik zadržava čvrstu jezgru koja može izdržati mehanička naprezanja, pružajući tvrdu vanjštinu da se odupru habanju i umoru. Ovaj gradijent tvrdoće može se izraditi na temelju potreba za primjenom, nudeći optimalnu ravnotežu između izdržljivosti površine i unutarnje žilavosti.
Ispod nitridedske površine, jezgra tvrdoća materijala u velikoj mjeri ne utječe postupak nitriranja. Jezgra materijala, koji je najveći dio čelika, zadržava svoju izvornu tvrdoću i mehanička svojstva kako je određeno u legura osnovne čelične legure. Za čelik s legurom nitriranja, jezgra tvrdoća ostaje u rasponu HV 300-450, ovisno o sastavama legure, povijesti toplinske obrade i ukupnoj metalurškoj strukturi. Iako nitriranje značajno povećava svojstva površine, jezgra pruža potrebnu duktilnost, otpornost na udarce i žilavost koja štiti dio od katastrofalnog neuspjeha. Mekša jezgra omogućava komponentu da apsorbira sile udara bez pucanja ili krhke, pridonoseći ukupnim performansama materijala u zahtjevnim primjenama u kojima su potrebna i žilavost i tvrdoća.
Utjecaj procesnih parametara: Nekoliko nitrirajućih parametara, uključujući vremensku, temperaturu i koncentraciju dušika, igra ključnu ulogu u određivanju dubine nitriranog sloja i rezultirajućeg profila tvrdoće. Dulje vrijeme nitriranja i veće temperature omogućuju dušiku da difundira dublje u čelik, što rezultira debljim nitriranim slojem s većom površinskom tvrdoćom. Suprotno tome, kraća vremena nitriranja ili niže temperature mogu rezultirati tanjim nitriranim slojem s manje izraženom površinskom tvrdoćom. Koncentracija dušika u atmosferi nitriranja također utječe na debljinu očvrsnog sloja. Na primjer, veće koncentracije dušika uglavnom dovode do dubljeg i tvrđeg nitriranog sloja. Kontrola ovih parametara omogućuje inženjerima da prilagode dubinu i tvrdoću nitriranog sloja kako bi odgovarali određenim zahtjevima nanošenja, uravnotežujući otpornost na habanje i žilavost jezgre.
Učinak dubine sloja na performanse: Dubina nitriranog sloja značajno utječe na karakteristike performansi materijala. Plitki nitrirani sloj idealan je za primjene gdje je dio izložen laganoj abraziji ili površinskom trošenju. Ova vrsta tretmana nudi izvrsnu otpornost na habanje uz održavanje teške jezgre za cjelokupni strukturni integritet. S druge strane, dublji nitridirani sloj pogodan je za komponente izložene jakom trošenju, umoru ili opterećenju visokog utjecaja, jer pruža značajniju zaštitu i duži radni vijek. Različita tvrdoća preko nitriranog sloja osigurava da dio može izdržati visoku razinu površinskog stresa, a istovremeno izbjegavajući katastrofalni neuspjeh zbog krhkosti.
