O processo de nitregação envolve a difusão de nitrogênio na superfície do aço, formando uma camada rica em nitrogênio. Essa camada é composta de nitretos de ferro e outros nitretos, aumentando significativamente a dureza da superfície do aço. O resultado é uma barreira resistente ao desgaste que ajuda a resistir a danos das forças abrasivas e do estresse de contato, ambos contribuintes conhecidos para a falha de fadiga. Em ambientes de alto estresse, a superfície endurecida impede que o material da superfície se desgaste, o que, de outra forma, criaria irregularidades que servem como locais de iniciação para rachaduras. A capacidade de resistir ao desgaste da superfície melhora diretamente a resistência à fadiga, minimizando o potencial de iniciação de trincas devido à degradação da superfície.
A nitridação não apenas aumenta a dureza, mas também melhora significativamente a integridade geral da superfície do aço. Ao introduzir átomos de nitrogênio, a superfície se torna mais uniforme e densa, eliminando ou reduzindo a presença de micro-palhetas, porosidade e defeitos superficiais. Imperfeições superficiais, como poços, arranhões ou vazios, podem atuar como concentradores de tensão durante ciclos repetidos de carregamento, levando à formação prematura de trincas. Ao criar uma superfície mais suave e livre de defeitos, a nitridação minimiza a possibilidade de tais imperfeições, que de outra forma podem fazer com que as rachaduras se formem e se propagem. Isso aumentou a integridade da superfície, particularmente em condições de alta estresse, impede o início das rachaduras, essencial para manter a durabilidade do material sob carga cíclica.
Um dos efeitos mais críticos e benéficos da nitretação é a formação de tensões residuais compressivas na superfície do aço. Durante a nitreta, o nitrogênio se difunde no aço, causando uma ligeira expansão da superfície, o que cria tensões compressivas. Essas tensões compressivas são altamente benéficas porque neutralizam as tensões de tração, que são a principal causa de iniciação e propagação de trincas nos metais. Em materiais que sofrem carga cíclica, as tensões de tração podem levar à formação de micro -trações, que podem eventualmente crescer em fraturas maiores. Ao introduzir tensões compressivas, a nitregação aumenta a resistência do aço ao início da trinca e a torna menos propensa a fraturas sob repetidos ciclos de carregamento. Esse fenômeno é especialmente valioso em componentes expostos a ambientes de alto estresse e fadiga, como peças automotivas, engrenagens ou lâminas de turbinas.
No aço não tratado, uma vez que uma rachadura de fadiga começa a se formar, pode se propagar rapidamente através do material, especialmente sob condições de estresse flutuante ou alternativo. No entanto, quando as barras de aço passam por nitragem, a camada nitreada dura reduz significativamente a taxa na qual as rachaduras podem se propagar. A superfície endurecida e as tensões residuais compressivas induzidas criam uma barreira que resiste ao crescimento da rachadura. Em particular, a camada nitreada impede o progresso das rachaduras que podem se formar devido à fadiga, diminuindo seu crescimento e aumentando a resistência do material à falha catastrófica. A camada superficial dura e densa fornece força e resistência adicionais que ajudam a impedir que as rachaduras se expandam, especialmente sob condições de estresse cíclico. Como resultado, Barras de aço nitrafadas Experimente a vida útil mais longa, mesmo em aplicações altamente exigentes, onde a fadiga é uma preocupação principal.
Embora a nitridagem fortaleça principalmente a superfície através do aumento da dureza, também melhora a tenacidade da superfície, um fator importante na resistência à fadiga. A tenacidade da superfície refere -se à capacidade do material de absorver energia e resistir à iniciação e propagação de trincas sob estresse. O processo de nitregação modifica a microestrutura do aço na superfície, promovendo um aumento na tenacidade e na resistência. Essa superfície mais dura ajuda a absorver a energia de cargas de impacto ou flutuação, o que reduz a probabilidade de iniciar o crack. Em aplicações de alto estresse, esse aumento da tenacidade aumenta a capacidade do material de suportar o carregamento repetitivo sem experimentar a fratura em estágio inicial ou a propagação de crack que pode ocorrer em aço não tratado.3
