침탄이란? - 정의, 유형 및 공정

침탄이란?

표면 경화라고도 하는 침탄은 코어의 인성과 강도를 유지하면서 마모에 강한 표면을 생성하는 열처리 공정입니다. 이 처리는 기계가공 후 저탄소강 부품과 고합금강 베어링, 기어 및 기타 부품에 적용됩니다.

침탄은 탄소가 저탄소강의 표면으로 확산되어 탄소 함량을 충분한 수준으로 증가시켜 표면이 열처리에 반응하고 단단하고 내마모성 층을 생성하는 열화학 공정입니다.

침탄은 강재 표면에 탄소를 확산시켜 강재 표면에 탄소를 확산시켜 강도를 높이고 내마모성을 향상시키면서 코어의 경도를 상당히 낮게 유지하면서 케이스를 생성합니다. 이 처리는 기계가공 후 저탄소강에 ​​적용됩니다.

복잡하고 복잡한 모양의 강력하고 매우 단단한 표면 부품은 열처리 전에 쉽게 가공되거나 형성되는 비교적 저렴한 재료로 만들 수 있습니다.

대부분의 침탄은 구덩이로 또는 밀폐된 분위기로에서 구성 요소를 가열하고 온도에서 침탄 가스를 도입하여 수행됩니다. 가스 침탄을 통해 공정 온도와 침탄 분위기(탄소 포텐셜)를 모두 정확하게 제어할 수 있습니다.

침탄은 시간/온도 과정입니다. 침탄 분위기는 케이스의 정확한 깊이를 보장하기 위해 필요한 시간 동안 퍼니스에 도입됩니다. 가스의 탄소 포텐셜은 확산을 허용하기 위해 낮아질 수 있으며, 표면층의 과도한 탄소를 피할 수 있습니다.

 

침탄의 종류

과거에는 탄소원에 따라 고체침탄, 액체침탄, 가스침탄의 3가지 침탄법이 있었다. 이에 따라 숯, 용융염, 천연 가스 및 프로판과 같은 탄소 함유 가스가 사용됩니다.

일반적으로 사용되는 침탄에는 세 가지 유형이 있습니다.
가스 침탄
침탄액
고체 침탄
세 가지 공정 모두 담금질 중 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하는 것을 기반으로 합니다. 표면의 탄소 함량 증가는 내마모성 표면을 제공하기에 충분한 경도(일반적으로 700HV)를 갖는 마텐자이트 층이 생성될 만큼 충분히 높아야 합니다.

확산 후 표면에 필요한 탄소 함량은 일반적으로 0.8 ~ 1.0% C입니다. 이러한 공정은 다양한 탄소강, 합금강 및 주철에서 수행할 수 있으며, 여기서 질량의 탄소 함량은 최대 0.4입니다. % 및 일반적으로 0.25% 미만입니다. 잘못된 열처리는 산화 또는 탈탄을 유발할 수 있습니다.


상대적으로 느린 공정이지만 침탄은 연속 공정으로 사용할 수 있으며 대량 표면 경화에 적합합니다.

 

1. 가스 침탄
가스 침탄에서는 탄소가 풍부한 분위기에서 탄소강을 오스테나이트화 온도로 가열하는 작업이 포함됩니다. 탄화수소 농축(천연 가스 또는 프로판)과 함께 흡열("엔도") 가스와 같은 운반 가스를 사용하는 것이 일반적입니다.

구성 요소는 일반적으로 N2, CO, CO2, H2 및 CH4의 혼합물인 중성 캐리어 가스와 함께 메탄 또는 프로판 분위기를 포함하는 오븐에 보관됩니다. 침탄 온도에서 메탄(또는 프로판)은 부품 표면에서 원자 탄소와 수소로 분해되고 탄소는 표면으로 확산됩니다.

온도는 일반적으로 925°C이고 침탄 시간은 1mm 깊이의 하우징의 경우 2시간에서 깊이 4mm의 하우징의 경우 최대 36시간입니다. 담금질 매체는 일반적으로 오일이지만 물, 식염수, 가성 소다 또는 폴리머일 수 있습니다.

2. 진공 침탄
이 침탄 공정에는 저압, 무산소 환경이 포함됩니다. 이 공정은 메탄과 같은 기체 탄화수소를 사용합니다. 환경에 무산소이므로 산화 걱정 없이 침탄 온도를 높일 수 있습니다. 온도가 높을수록 탄소 용해도 및 확산 속도가 높아져 케이스 깊이에 필요한 시간이 최소화됩니다.

3. 액체 침탄
액체 침탄은 강철 또는 철 부품의 표면 경화에 사용되는 공정입니다. 부품은 탄소와 질소 또는 탄소 단독을 금속에 도입하는 용융염에서 Ac1 이상의 온도로 유지됩니다. 대부분의 액체 침탄 수조에는 시안화물이 포함되어 있어 탄소와 질소를 케이스에 도입합니다.
액체 또는 시안화물은 845 ~ 955°C 온도의 염욕에 부품을 넣어 침탄됩니다. 염은 일반적으로 시안화물-염화물-탄산염 혼합물이며 독성이 높습니다. 시안화물 염은 표면에 소량의 질소를 도입하여 경도를 더욱 향상시킵니다. 가장 빠른 침탄 공정이지만 작은 배치 크기에만 적합합니다.

4. 솔리드침탄(팩침탄)
고체 또는 팩 침탄은 고체 화합물에서 파생된 일산화탄소가 금속 표면에서 초기 탄소와 이산화탄소로 분해되는 과정입니다. 침탄 용기는 탄소강, 알루미늄 코팅 탄소강 또는 철-니켈-크롬 내열 합금으로 만들어집니다.
구성 요소는 침탄 매체로 둘러싸여 있으며 밀봉된 상자에 보관됩니다. 매체는 일반적으로 탄산바륨과 혼합된 코크스 또는 목탄입니다. 이 공정은 생성된 CO가 CO2로 분해되고 구성요소의 표면으로 확산되는 탄소로 실제로 가스 침탄의 공정입니다.
온도는 일반적으로 2~36시간 동안 790~845°C입니다. 패킹 침탄은 가장 덜 정교한 침탄 공정이므로 널리 사용되는 방법으로 남아 있습니다.

 

탄질화

탄소 질화는 질량 기준 탄소 함량이 0.4-0.5%일 수 있지만 유사한 강철 섹션에서 수행됩니다. 이 방법은 B. 기어 및 샤프트와 같이 경화된 코어가 필요한 부품의 표면을 경화시키는 데 특히 적합합니다.

탄질화는 암모니아가 메탄 또는 프로판에 첨가되고 질소의 공급원인 가스 침탄의 변형입니다.