鋼の窒化プロセス

窒化は、窒素原子が特定の温度と媒体でワークピースの表面に浸透する化学熱処理プロセスです。 一般的な方法は、液体窒化、ガス窒化、イオン窒化であり、後者のXNUMXつのタイプが最も一般的に使用されます。 従来のガス窒化では、アンモニアガスが流れる密閉容器にワークを入れ、長時間加熱・保温した後、アンモニアが分解して活性窒素原子になり、ワーク表面に吸着して拡散し、変化します。優れた表面性能を得るための表面の化学組成と組織化。

鋼に浸透する窒素は、金属表面とコアに異なる窒素含有量の窒化鉄を形成し、鋼の合金元素、特に窒化アルミニウムと窒化クロムとさまざまな合金窒化物を形成します。 これらの窒化物化合物は、高い硬度、熱安定性、および高い分散性を備えているため、窒化鋼の表面硬度、耐摩耗性、疲労強度、噛み込み防止、大気および過熱蒸気腐食防止能力、焼戻し防止軟化能力、およびノッチ感度を下げます。

窒素の拡散を促進するために窒化の過程で炭素が浸透する場合、それはニトロ炭化と呼ばれます。 浸炭プロセスと比較して、窒化温度は比較的低く、歪みは小さいですが、心臓の硬度が低いため、透過層は浅く、一般に軽中負荷の耐摩耗性、耐疲労性、または特定の耐熱性、機械部品の耐食性要件、およびさまざまな切削工具、冷間加工および熱間加工ダイ。

 

ガス窒化

ガス窒化の主な目的は、41CrAlMo74窒化鋼に適した金属の耐摩耗性と高い表面硬度を向上させることです。 窒化後、ワークの表面硬度はHV850〜1200に達する可能性があります。 窒化温度が低く、小さな歪みを使用して高精度の要件を満たし、ボーリングマシンのボーリングロッドとスピンドル、グラインダーのスピンドル、シリンダースリーブなどの部品の耐摩耗性要件に使用できます。ただし、摩耗には適していません。窒化層が薄いため、高荷重下での抵抗部品。

ガス窒化は、一般的な窒化法（等温窒化）または多段（480、520）窒化法のいずれかです。 前者は窒化温度であり、アンモニア分解速度は窒化プロセス全体で変化せず、一般に15〜30℃、アンモニア分解速度は80〜XNUMX％、保持時間は約XNUMX時間です。 このプロセスは、浸透層が浅く、歪みが厳しく、硬度が高い部品に適していますが、処理時間が長すぎます。

多段階窒化とは、窒化プロセス全体で、さまざまな温度、さまざまなアンモニア分解速度、さまざまな時間で窒化と拡散を実行することです。 窒化時間全体を50時間近くに短縮でき、より深い浸透層が得られますが、窒化温度が高くなり、歪みが大きくなります。

防食ガス窒化、窒化温度550〜700℃、絶縁0.5〜3時間、アンモニア分解率35〜70％、ワーク表面は高化合物層の化学的安定性が得られ、ワークの濡れを防ぎます空気、過熱蒸気、ガス燃焼生成物など、腐食。

通常のガス窒化ワークピースの場合、表面はシルバーグレーです。 酸化により青色または黄色になることもありますが、通常は使用法に影響しません。

 

イオン窒化

グロー放電の原理により、グロー窒化とも呼ばれます。 金属ワークピースを陰極として窒素媒体の負圧容器に入れ、電化後に媒体中の窒素原子と水素原子をイオン化し、陽極と陰極の間にプラズマ領域の強い電界を形成します。そして、窒素と水素の陽イオンがワークピースの表面に高速で「当たる」。

イオンの高い運動エネルギーは熱エネルギーに変換され、金属表面を目的の温度に加熱します。 イオンボンバードは、ワークピースの表面に原子スパッタリングを生成します。これは、精製効果と同様です。 同時に、吸着と拡散の効果により、工作機械のねじ、歯車、金型などの部品に使用されるワークピースの表面に窒素が浸透します。

一般的なガス窒化と比較して、イオン窒化の利点は次のとおりです。窒化サイクルを短縮します。 520-540の窒化物温度、ワークピースの変形は小さく、窒化物層の脆性は小さい。 局所窒化を実現し、浸透層の厚さや構造を制御することができます。 イオン衝撃は、表面を浄化し、金属部品の表面のパッシベーション膜を除去することができます。 ステンレス鋼と耐熱鋼は直接窒化することができます。

 

ニトロ炭化

低温窒化は、軟窒化とも呼ばれます。つまり、金属表面には、鉄と窒素の共析転移温度よりも低い温度で窒素と炭素が浸透します。 少量の炭素の浸透後に形成されるマイクロカーバイドは、窒素の拡散を促進し、高窒素化合物の形成を加速することができ、それにより炭素の溶解度が増加します。 さらに、窒化物中の炭素は脆性を低減することができます。 浸炭は、ワークの疲労寿命、耐摩耗性、耐食性、耐噛み性を向上させるだけでなく、低コスト、簡単な操作、短時間、ワークの歪みが少なく、見た目も良いという利点があります。浸炭層は浸炭層よりも浅いため、一般的に軽負荷に耐え、耐摩耗性の高い部品が必要です。

一般的なニトロ炭化法は、液体法とガス法です。 処理温度は530〜570℃、保存時間は1〜3時間です。 液体法はシアン化物塩またはさまざまな塩浴製剤であり、一般的に使用されるのは中性塩+アンモニアおよび尿素+炭酸塩ですが、これらの反応生成物は毒性があります。 ガス媒体は主に吸熱または発熱ガス（制御された雰囲気）+アンモニア、尿素熱分解ガス、ホルムアミド、トリエタノールアミンなどの炭素と窒素を含む滴下有機溶媒です。

シアン化シアン化とは、高温浸炭を主とするもので、比較的高温で炭素原子の拡散性が高いため、焼入れ後に主に浸炭を利用して窒素含有高炭素オーステナイトと窒素含有高炭素マルテンサイトを形成します。 窒素の浸透は炭素の浸透を促進するので、共浸透速度はより速くなります。 0.5〜0.8時間保持することで4〜6mmの浸透層が得られ、過冷却オーステナイトの安定性が向上します。