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炭窒化処理は、金属の表面硬度を高め、摩耗を減らすために使用される冶金表面改質技術です。
このプロセスでは、炭素原子と窒素原子が金属中に侵入拡散して滑り障壁を形成し、表面付近の硬度と弾性率を高めます。炭窒化処理は、安価で機械加工しやすい低炭素鋼に、より高価で加工が難しい鋼種の表面特性を付与するためによく使用されます。 [1]炭窒化処理された部品の表面硬度は、55～62 HRC です。
産業革命以前の特定の表面硬化プロセスには、木炭などの炭素を多く含む材料だけでなく、尿素などの窒素を多く含む材料も含まれており、これは従来の表面硬化技術が炭窒化処理の一種であったことを示唆しています。
プロセス
浸炭窒化は、窒素源となるアンモニアを浸炭雰囲気に加える点がガス 浸炭に似ています。窒素は表面に吸収され、炭素とともにワークピースに拡散します。浸炭窒化 (約 850 °C / 1550 °F) は、普通窒化(約 530 °C / 990 °F) よりもかなり高い温度で行われますが、浸炭に使用される温度 (約 950 °C / 1700 °F) よりもわずかに低く、短時間で行われます。浸炭窒化は浸炭よりも経済的である傾向があり、焼入れ中の歪みも軽減されます。温度が低いため、油焼入れ、または保護雰囲気でのガス焼入れも可能です。
炭窒化処理部品の特性
浸炭窒化処理により硬くて耐摩耗性のあるケースが形成されます。ケースの厚さは通常 0.07 mm ～ 0.5 mm で、一般に浸炭処理ケースよりも硬度が高くなります。ケースの深さは用途に合わせて調整されます。ケースが厚いほど、部品の耐用年数が長くなります。浸炭窒化処理では、ワークピースの最上層のみが変更され、追加の層は堆積されないため、部品の寸法が大幅に変更されることはありません。
最大ケース深さは通常 0.75 mm に制限されています。これより深いケース深さは拡散に時間がかかりすぎて経済的ではありません。窒素の添加は炭素よりも制御が難しいため、ケース内の窒素濃度を制限するには処理時間を短くすることが望ましいです。ワークピース内の窒素が多すぎると、残留オーステナイトと多孔性のレベルが高くなり、高硬度の部品を製造するには望ましくありません。
利点
浸炭窒化には、浸炭処理に比べて他の利点もあります。まず、焼戻し中の軟化に対する耐性が高く、疲労強度と衝撃強度が向上します。浸炭窒化と浸炭処理を併用して、より深いケース深度、ひいては部品の産業における性能の最適な条件を形成することが可能です。この方法は、バルブのシートなど、ケースの硬化性が低い鋼に特に適用されます。適用されるプロセスは、最初に約 900 ～ 955°C で必要なケース深度 (最大 2.5 mm) まで浸炭処理し、次に必要な浸炭窒化ケース深度を達成するために浸炭窒化処理することです。その後、部品は油で急冷され、結果として得られる部品は浸炭処理で達成可能なケースよりも硬くなり、浸炭窒化層の追加によりケース内の残留圧縮応力が増加し、接触疲労耐性と強度勾配の両方が増加します。研究では、浸炭窒化処理によって耐食性が向上することが示されています。[2]
アプリケーション
表面硬化の代表的な用途としては、ギアの歯、カム、シャフト、ベアリング、ファスナー、ピン、油圧ピストンロッド、自動車のクラッチプレート、工具、金型、耕作工具などがあります。
参照
参考文献
- ^ 炭窒化処理
- ^ Yazıcı, A., Zeybek, MS, Güler, H., Koç, M., Pekitkan, FG, 2017 2つの酸性環境における鋼30MnB5の耐食性に対する炭窒化処理の影響。金属科学および熱処理、59 (3-4)、190-193 (Doi: 10.1007/s11041-017-0127-8)。