질화 처리는 특정 온도의 특정 매체에서 질소 원자가 공작물 표면에 침투하는 화학적 열처리 공정을 말합니다. 질화 제품은 내마모성, 피로 저항성, 내식성 및 고온 저항성이 우수합니다.
질화처리 소개
전통적인 합금강의 알루미늄, 크롬, 바나듐 및 몰리브덴 원소는 질화에 매우 유용합니다. 이러한 원소는 질화 온도에서 원시 질소 원자와 접촉할 때 안정적인 질화물을 형성합니다. 특히 몰리브덴은 질화물 형성 원소로 작용할 뿐만 아니라 질화 온도에서 발생하는 취성을 감소시키는 역할도 합니다. 니켈, 구리, 규소, 망간 등과 같은 다른 합금강의 원소는 질화 특성에 크게 영향을 미치지 않습니다. 일반적으로 강철에 하나 이상의 질화물 생성 원소가 포함되어 있으면 질화 후 효과가 더 좋습니다. 그 중 알루미늄은 가장 강한 질화물원소이며, 0.85~1.5% 알루미늄을 함유한 질화결과가 가장 좋다. 크롬을 함유한 크롬강의 경우에도 함량이 충분하면 좋은 결과를 얻을 수 있다. 그러나 합금이 없는 탄소강은 생성된 질화층이 매우 부서지기 쉽고 벗겨지기 쉽기 때문에 질화강에는 적합하지 않습니다.
일반적으로 사용되는 질화강에는 다음과 같은 6가지 유형이 있습니다.
(1) 알루미늄을 함유한 저합금강(표준질화강)
(2) 크롬 원소를 함유한 중탄소 저합금강 SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800 시리즈.
(3) 열간 금형강(크롬 함유량 약 5%) SAE H11(SKD-61)H12, H13
(4) 페라이트 및 마르텐사이트 스테인리스강 SAE 400 시리즈
(5) 오스테나이트계 스테인리스강 SAE 300 시리즈
(6) 석출경화 스테인레스강 17-4PH, 17-7pH, A-286 등
알루미늄을 함유한 표준 질화강은 질화 후 높은 경도와 높은 내마모성을 얻을 수 있지만 경화층도 매우 부서지기 쉽습니다. 이에 반해 크롬을 함유한 저합금강은 경도는 낮으나 경화층이 상대적으로 연성이 있고 표면도 상당한 내마모성과 내빔성을 갖고 있습니다. 따라서 소재를 선택할 때에는 소재의 특성에 주의하고, 부품의 기능에 부합하도록 소재의 장점을 최대한 활용하는 것이 적절합니다. H11(SKD61), D2(SKD-11) 등의 공구강은 높은 표면경도와 높은 코어강도 효과를 가지고 있습니다.
강철 부품의 내마모성, 표면 경도, 피로 한계 및 내식성을 높입니다.
기술적인 프로세스
• 질화 전 부품 표면 청소
대부분의 부품은 가스 탈지 후 즉시 질화될 수 있습니다. 일부 부품은 휘발유로 세척해야 하지만 질화 전 최종 가공 방법을 연마, 연삭, 연마 등으로 사용하면 질화를 방해하는 표면층이 생성되어 질화 층이 고르지 않거나 질화 후 굽힘 결함이 발생할 수 있습니다. 이때 표면층을 제거하려면 다음 두 가지 방법 중 하나를 사용해야 합니다. 첫 번째 방법은 질화처리 전 가스로 기름을 제거하는 것이다. 그런 다음 표면을 연마성 산화물 분말로 연마 청소합니다. 두 번째 방법은 표면을 인산염 코팅으로 처리하는 것입니다.
• 질화로에서 공기 제거
처리된 부품을 질화로에 넣고 밀봉 후 퍼니스 덮개를 가열할 수 있지만 150°C로 가열하기 전에 퍼니스에서 공기를 제거해야 합니다.
배기로의 주요 기능은 암모니아 가스의 분해 및 공기와의 접촉으로 인한 폭발성 가스를 방지하고 처리물 및 지지체의 표면 산화를 방지하는 것입니다. 사용되는 가스는 암모니아와 질소입니다.
퍼니스에서 공기를 제거하는 규칙은 다음과 같습니다.
① 가공 부품을 장착한 후 로 덮개를 밀봉하고 무수 암모니아 가스를 시동하여 유량을 최대한 늘립니다.
② 가열로의 자동 온도 조절을 150도로 설정하고 가열을 시작합니다. (로의 온도는 150도를 초과할 수 없습니다.)
③ 로내의 공기를 10% 이하로 제거하거나 배출가스의 NH3 함유량이 90% 이상인 경우 로온도를 질화온도까지 올린다.
암모니아 분해율
질화는 다른 합금원소 및 1차 질소와 접촉하여 진행되는데, 암모니아가 가열강과 접촉하면 1차 질소의 생성, 즉 강 자체가 촉매가 되어 암모니아의 분해를 촉진시킨다.
질화는 암모니아의 분해율을 다양하게 할 수 있으나 일반적으로 분해율은 15~30%를 사용하며, 요구되는 질화두께는 최소 4~10시간 이상 유지하며, 처리온도는 520℃ 정도를 유지한다. .
냉각
대부분의 산업용 질화로에는 질화가 완료된 후 노와 공정 부품을 빠르게 냉각하기 위한 열 스위치가 있습니다. 즉, 질화가 완료된 후 화력공급을 차단하고 로온도를 약 50℃ 정도 감소시킨 후 암모니아 유량을 2배로 증가시키고 열스위치를 개방시킨다. 이때, 배기관에 연결된 유리병에 기포 오버플로가 있는지 관찰하여 로 안의 양압을 확인하는 것이 필요하다. 암모니아 가스가 용광로에 정착된 후 용광로의 양압이 유지될 때까지 암모니아 흐름을 줄일 수 있습니다. 로 온도가 150 ℃ 이하로 떨어지면 위에서 설명한 로 가스 제거 방법을 사용하고 공기 또는 질소를 도입 한 후 로 덮개를 열 수 있습니다.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
분해된 N은 강 표면으로 확산되어 형성됩니다. Fe{0}}N상 가스 질화는 경화층이 얇고 질화 처리 시간이 길다는 일반적인 단점이 있습니다.
질화를 위한 NH3 분해로 인한 가스 질화는 질화 효율이 낮기 때문에 일반적으로 Al, Cr, Mo 및 기타 질화 원소 등 질화에 적합한 강을 고정적으로 선택해야 하며, 그렇지 않으면 JIS, SACM1을 사용하여 질화를 수행할 수 없습니다. 새로운 JIS, SACM645 및 SKD61은 Al, Cr, SKD61 템퍼링이라고도 알려진 처리를 강화하고 강화합니다. Mo 및 기타 원소는 변태점의 온도를 높이므로 담금질 온도가 높고, 템퍼링 온도가 일반 구조용 합금강보다 높으며, 이는 질화 온도 사이에서 오랫동안 취성을 템퍼링하므로 템퍼링 및 강화 처리가 미리 적용됩니다. NH3 가스 질화는 표면이 장시간 거칠고 단단하고 부서지기 쉬우므로 연삭이 쉽지 않고 장시간에 걸쳐 경제적이지 않기 때문에 플라스틱 사출 성형기의 피드 튜브 및 스크류의 질화에 사용됩니다.
액체 질화
액상 연질화의 주요 차이점은 질화층에 Fe3Nε 상이 있고, Fe4Nr 상이 존재하며 Fe2Nξ 상 질화물을 포함하지 않으며, ξ 상 화합물은 질화 처리에서 인성이 떨어지는 단단하고 부서지기 쉬운 질화물이라는 것입니다. 액상 연질화 방법은 공작물을 처리하고 먼저 녹을 제거하고 탈지한 후 예열한 후 주요 염제인 TF-1인 질화 도가니에 넣는 것입니다. 가공물의 외부 하중에 따라 560~600도까지 몇 분에서 몇 시간 동안 가열하여 질화층의 깊이를 결정하며, 처리 시 에어 튜브를 바닥으로 통과시켜야 합니다. 도가니는 일정량의 공기 질화 염제를 사용하여 CN 또는 CNO로 분해되어 작업 표면에 침투 및 확산됩니다. 공작물 표면의 가장 바깥쪽에 있는 화합물은 8~9%wt N이고 소량의 C와 확산층, 질소 원자가 -Fe 베이스로 확산되어 질화 기간 동안 분해로 인해 강철의 내피로성을 더욱 향상시킵니다. CNO 소비량이 많기 때문에 6~8시간 동안 소금 조성을 지속적으로 테스트하여 공기의 양을 조정하거나 새로운 소금을 추가합니다.
액상 연질화 처리에 사용되는 재료는 철금속이며, Al, Cr, Mo, Ti 원소로 질화 후 표면 경도가 높으며, 탄소강 Hv 350~ 등 금 함유량이 많을수록 질화 깊이가 얕아집니다. 650, 스테인리스강 Hv 1000 ~ 1200, 질화강 Hv 800 ~ 1100.
액상 연질화는 실린더 라이너 처리, 밸브 처리, 피스톤 실린더 처리, 변형되기 쉽지 않은 금형 등 내마모성, 내피로성 자동차 부품, 재봉틀, 카메라 등에 적합합니다.
이온 질화
질화로에 작업물을 넣고 미리 로 내부에 진공을 {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg)까지 펌핑한 후 N2 가스나 N{ {3}} H2 혼합물, 퍼니스를 1-10Torr로 조정하고 퍼니스 본체를 양극에 연결하고 공작물을 음극에 연결하고 두 극 사이에 수백 볼트의 DC 전압을 전달합니다. 이때 용광로 내의 N2 가스는 양이온으로 빛나는 방전을 생성하여 작업 표면으로 이동하고 음극 전압은 순간적으로 급격히 떨어지므로 양이온이 높은 속도로 음극 표면으로 돌진합니다. 속도, 운동 에너지를 가스 에너지로 변환하여 공작물의 표면 온도를 높이고 공작물 표면은 질소 이온의 영향 후에 Fe.CO를 재생합니다. 이러한 원소들은 밖으로 튀어 나와 질소 이온과 결합하여 FeN으로 질화철이 점차적으로 공작물에 흡착되어 질화를 생성하는데, 이온 질화는 기본적으로 질소를 사용하지만 탄화수소 가스를 첨가하면 이온 연질 질화 처리가 가능합니다. , 일반적으로 이온질화처리라고 부르지만, 로에 충전되는 혼합가스(N2 +H2)의 분압비를 변경하여 가공물 표면의 질소 농도를 조절할 수 있습니다. 순수이온질화 공정 중 N 함량을 함유한 단상 r'(Fe4N) 조직은 작업 표면에서 5.7~6.1%wt이고, 두꺼운 층은 10μm 미만이다. 복합층은 강하지만 다공성이 아니며 쉽게 떨어지지 않습니다. 질화철은 공작물에 지속적으로 흡착되어 내부로 확산되면서 표면에서 내부로의 구조는 FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N 순차변화, 단상 ε(Fe3N)N 함유량은 5.7~11.0%wt, 단상 ξ(Fe2N) N 함유량 11.0~11.35%wt. 이온질화에 의해 먼저 r상이 생성된 후 탄화수소계열이 추가되면 ε상 화합물층과 확산층이 되는데, 이는 확산층의 증가가 피로강도를 높이는 데 많은 도움이 되기 때문이다. ε 위상이 가장 좋습니다.
