浸炭とは何ですか？-定義、種類、およびプロセス
浸炭とは
浸炭は、鋼の結晶粒構造を変化させるのに十分な高温で炭素が鋼部品の表層に拡散する肌焼きプロセスです。この変更により、鋼は炭素を吸収できるようになります。その結果、耐摩耗性の層ができ、浸炭は強力で安全な金属の製造において理想的なプロセスになります。
浸炭は、木炭や一酸化炭素などの炭素含有材料の存在下で金属を加熱しながら、鉄または鋼が炭素を吸収する熱処理プロセスです。目的は、金属をより硬くすることです。
時間と温度に応じて、影響を受ける領域の炭素含有量は異なります。通常、浸炭時間が長くなり、温度が高くなると、炭素の拡散の深さが増します。
鉄または鋼を急冷して急冷すると、オーステナイトからマルテンサイトへの変態により外面の炭素含有量が高くなり、コアはフェライト系および/またはパーライト系の微細構造として柔らかくて丈夫なままになります。
この製造プロセスは、次の重要なポイントによって特徴付けることができます。
- 低炭素ワークピースに適用されます。
- ワークピースは、液体または固体の高炭素ガスと接触しています。
- それは硬いワークピース表面を生成します。ワークピースコアは、主に靭性と延性を保持し、
- 最大0.25インチ（6.4 mm）の肌焼き深さを生成します。
場合によっては、製造プロセスの初期に発生した望ましくない脱炭の救済策として機能します。
浸炭の方法
鋼の浸炭には、炭素源を使用した金属表面の熱処理が含まれます。浸炭は、低炭素鋼の表面硬度を高めるために使用できます。初期の浸炭では、処理するサンプルの周りに木炭を直接塗布していましたが、最新の技術では、炭素含有ガスまたはプラズマを使用しています。
このプロセスは、主に周囲ガスの組成と炉の温度に依存します。熱は材料の残りの部分の微細構造にも影響を与える可能性があるため、慎重に制御する必要があります。ガス組成を細かく制御する必要があるアプリケーションでは、真空チャンバー内で非常に低い圧力で浸炭が行われる場合があります。
プラズマ浸炭は、さまざまな金属、特にステンレス鋼の表面特性を改善するためにますます使用されています。プロセスは環境に優しいです。また、複雑な形状のコンポーネントを均等に処理できるため、コンポーネントの処理に関して非常に柔軟です。
浸炭のプロセスは、金属の表層への炭素原子の拡散を介して機能します。金属は金属結晶格子にしっかりと結合した原子で構成されているため、炭素原子は金属の結晶構造に拡散し、溶液中に残るか、ホスト金属の元素と反応して炭化物を形成します。
炭素が固溶体のままである場合は、鋼を熱処理して硬化させます。これらのメカニズムは両方とも金属の表面を強化し、前者はパーライトまたはマルテンサイトを形成し、後者は炭化物の形成を介して強化します。これらの材料は両方とも硬く、摩耗に強いです。
ガス浸炭は通常900〜950℃の範囲の温度で行われます。
酸素アセチレン溶接では、浸炭炎は酸素が少ない炎であり、すすのある低温の炎を生成します。多くの場合、金属を焼きなましするために使用され、溶接プロセス中の可鍛性と柔軟性を高めます。
浸炭の種類
過去には、炭素源に応じて、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭の3種類の浸炭方法がありました。それに応じて、木炭、溶融塩、および天然ガスやプロパンなどの炭素含有ガスが使用されます。
一般的に使用される浸炭には3つのタイプがあります：
- ガス浸炭
- 浸炭液
- 固体浸炭
3つのプロセスはすべて、焼入れ中のオーステナイトからマルテンサイトへの変態に基づいています。表面の炭素含有量の増加は、耐摩耗性の表面を提供するのに十分な硬度（通常は700 HV）のマルテンサイト層をもたらすのに十分な高さでなければなりません。
拡散後の表面に必要な炭素含有量は通常0.8〜1.0％Cです。これらのプロセスは、質量の炭素含有量が最大0.4であるさまざまな炭素鋼、合金鋼、および鋳鉄で実行できます。 ％、通常は0.25％未満。不適切な熱処理は、酸化または脱炭につながる可能性があります。
比較的遅いプロセスですが、浸炭は連続プロセスとして使用でき、大量の表面硬化に適しています。
1。ガス浸炭
ガス浸炭では、炭素が豊富な雰囲気の存在下で炭素鋼をオーステナイト化温度に加熱することを含みます。吸熱（「遠藤」）ガスなどのキャリアガスを、炭化水素濃縮（天然ガスまたはプロパン）とともに使用するのが一般的です。
コンポーネントは、中性のキャリアガス（通常はN2、CO、CO2、H2、およびCH4の混合物）を含むメタンまたはプロパンの雰囲気を含むオーブンに保持されます。浸炭温度では、メタン（またはプロパン）がコンポーネントの表面で分解して原子状炭素と水素になり、炭素が表面に拡散します。
温度は通常925°Cで、浸炭時間は深さ1mmのハウジングの2時間から深さ4mmのハウジングの最大36時間までの範囲です。焼入れ媒体は通常油ですが、水、生理食塩水、苛性ソーダ、またはポリマーの場合もあります。
2。真空浸炭
この浸炭プロセスには、低圧で無酸素の環境が含まれます。このプロセスでは、メタンなどのガス状炭化水素を使用します。酸素がない環境なので、酸化を気にせずに浸炭温度を上げることができます。温度が高いほど、炭素の溶解度と拡散速度が高くなり、ケースの深さに必要な時間が最小限に抑えられます
3。液体浸炭
液体浸炭は、鋼や鉄の部品を肌焼きするために使用されるプロセスです。部品は、金属に炭素と窒素、または炭素のみを導入する溶融塩中でAc1を超える温度に保持されます。ほとんどの液体浸炭浴にはシアン化物が含まれており、ケースに炭素と窒素の両方が導入されます。
液体またはシアン化物は、コンポーネントを845〜955°Cの温度の塩浴に入れることによって浸炭されます。塩は通常、シアン化物-塩化物-炭酸塩の混合物であり、毒性が高くなります。シアン化物塩は表面に少量の窒素を導入し、それにより硬度がさらに向上します。これは最速の浸炭プロセスですが、小さなバッチサイズにのみ適しています。
4。固体浸炭（パック浸炭）
固体またはパック浸炭では、固体化合物に由来する一酸化炭素が金属表面で分解して発生期の炭素と二酸化炭素になります。浸炭容器は、炭素鋼、アルミニウム被覆炭素鋼、または鉄-ニッケル-クロム耐熱合金でできています。
コンポーネントは浸炭媒体で囲まれ、密封されたボックスに入れられます。媒体は通常、炭酸バリウムと混合されたコークスまたは木炭です。このプロセスは、生成されたCOがCO2と炭素に解離し、コンポーネントの表面に拡散するため、実際にはガス浸炭のプロセスです。
温度は通常、2〜36時間で790〜845°Cです。パッキング浸炭は最も洗練されていない浸炭プロセスであるため、広く使用されている方法です。
炭素窒化
炭素窒化は鋼の同様のセクションで実行されますが、質量での炭素含有量は0.4〜0.5％になる可能性があります。この方法は、B。歯車やシャフトなど、硬化したコアを必要とするコンポーネントの表面を硬化させるのに特に適しています。
浸炭は、アンモニアがメタンまたはプロパンに追加され、窒素の供給源となるガス浸炭の改良版です。
よくある質問。
浸炭とは
浸炭は、鋼の結晶粒構造を変化させるのに十分な高温で炭素が鋼部品の表層に拡散する硬化プロセスの場合です。この変更により、鋼は炭素を吸収できるようになります。
浸炭プロセスとは何ですか？
浸炭は、炭素を低炭素鋼の表面に拡散させて炭素含有量を十分なレベルまで増加させ、表面が熱処理に応答して硬くて耐摩耗性のある層を生成する熱化学プロセスです。一般的に使用される浸炭には、ガス浸炭の3種類があります。
浸炭の3つのタイプは何ですか？
歴史的に、炭素源に応じて、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭の3種類の浸炭方法があります。それに応じて、木炭、溶融塩、および天然ガスやプロパンなどの炭素含有ガスが使用されます。
浸炭の種類は何ですか？
浸炭の種類
- パック浸炭
- ガス浸炭
- 真空浸炭
- 液体浸炭
浸炭の目的は何ですか？
このプロセスの目的は、金属をより硬く、より扱いやすくすることです。炭素含有量の少ない鋼は、ある種の熱処理で炭素を添加することで硬度を上げることができます。正常に実行されると、鋼の表面硬度を向上させることができます。
なぜ鋼に浸炭が行われるのですか？
浸炭は、鋼の表面に炭素を拡散させることで強度と耐摩耗性を高め、コアの硬度を大幅に下げたままケースを作成します。この処理は、機械加工後の低炭素鋼部品、および高合金鋼のベアリング、ギア、その他のコンポーネントに適用されます。
浸炭と窒化とは何ですか？
窒化と浸炭は、表面硬化機能部品の2つの最も一般的な熱処理方法です。主な違いは、窒化では窒素原子が処理中の部品の表面に拡散するのに対し、浸炭では炭素が使用されることです。
肌焼きと浸炭の違いは何ですか？
肌焼きは、部品の表面だけを硬化させるプロセスです。浸炭としても知られています。浸炭プロセスでは、低炭素成分は、注意深く制御された炭素雰囲気を含む炉に入れられます。
浸炭の温度はどれくらいですか？
浸炭炉はガス焚きまたは電気加熱式です。浸炭温度は870〜940℃で変化します。浸炭用のガス雰囲気は、プロパン、ブタン、メタンなどの液体または気体の炭化水素から生成されます。
液体浸炭とは何ですか？
液体浸炭は、通常、中小規模の部品に使用されるプロセスです。塩浴では、ワークピースに拡散する炭素は、シアン化ナトリウム（NaCN）と塩化バリウム（BaCl2）の混合物である溶融塩に由来します。
浸炭できる鋼は何ですか？
この低温処理中にコアの微細構造が変化することはありません。浸炭は主に低炭素鋼と低合金鋼に使用されますが、窒化は低炭素鋼、合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼に使用されます。窒化鋼は、優れた耐摩耗性と硬度を備えています。
浸炭の2つのステップは何ですか？
大気浸炭はいくつかのプロセスステップで構成されていますが、炉内での炭素生成とワークピースへの炭素拡散という2つの主要なプロセスを含めるように簡略化できます。前者は炭素原子を提供し、後者は炭素濃度勾配を決定します。
固形炭酸バリウムにBaCO3を添加する理由
「浸炭プロセスは、ギアとカムまたはカムの表面を硬化させるために行われることがよくあります（Malau、V.、1999）」。ペンガルボナンプロセス中に試料への炭素の浸透を加速するには、BaCO3、NaCO3などの他の元素を追加する必要があります。
ガス浸炭に使用されるガスは次のうちどれですか？
ガス浸炭。これには、アンモニアガス（NH3）の使用を伴う浸炭窒化またはガス窒化プロセスが含まれます。これにより、発生期の窒素が生成され、鋼のケースに入り、硬度が向上します。
どの金属が窒化物になる可能性がありますか？
アルミニウム、クロム、モリブデン、チタン、タングステン、およびバナジウムは、高温で窒素と容易に結合して、それぞれの金属の窒化物を形成します。これらの金属を含む鋼の低炭素合金は、通常、窒化の良い候補です。
浸炭と浸炭窒化の違いは何ですか？
浸炭と浸炭窒化の主な違いは、浸炭は炭素を使用して鋼の表面を硬化させるプロセスであるのに対し、浸炭は炭素と窒素を使用して鋼の表面を硬化させるプロセスであるということです。
浸炭後の熱処理は必要ですか？
コンポーネントは、浸炭温度から急冷するか、適切なオーステナイト化温度に再加熱して急冷することができます。直接焼入れは時間と費用がかからないが、パック浸炭では不可能である。したがって、パック浸炭部品は常に再加熱および焼入れされます。
浸炭はサイズを変えますか？
寸法を変えずにワークを浸炭させることは事実上不可能です。これらの変化の量は、使用される材料の種類、材料が受ける浸炭プロセス、およびワークピースの元のサイズと形状によって異なります。
パック浸炭とは何ですか？
肌焼きの最も初期の方法。コンポーネントを適切な箱に詰め、木炭、ひづめ、皮、動物性脂肪、角などの炭素含有材料と一緒に、浸炭温度まで加熱しました。
浸炭とはどのような拡散ですか？
浸炭プロセスでは、炭素拡散がワークピースの場合の炭素濃度勾配と硬度プロファイルを決定します。浸炭は複雑なプロセスですが、炉内での炭素生成とワークピースへの炭素拡散という2つの主要なステップに分けることができます。
熱処理は金属を収縮させますか？
サイズ変化に対する熱処理の効果を示すために、多くの材料で実験的研究が行われてきました。効果は材料グレードごとに異なります。たとえば、硬化中のD-2工具鋼の3.15インチの立方体は、1つの次元で0.08％増加し、他の2つの次元では収縮しました。
肌焼きが発生するのはなぜですか？
肌焼きは、金属の外面の硬度を上げるために使用される材料加工方法です。硬化プロセスは成形性と機械加工性を低下させるため、通常、肌焼きは他のほとんどの製造プロセスが完了した後に行われます。
金属