窒化処理
窒化ギヤ
窒化処理とは、窒素原子が特定の媒体中の特定の温度でワークの表面に浸透する化学熱処理プロセスを指す。窒化製品は、優れた耐摩耗性、耐疲労性、耐食性、および耐高温性を有する。
ここでは、Netrexのビデオを見て、Netrexは窒化とは何かを非常によく説明しています。
窒化処理入門
従来の合金鋼材料中のアルミニウム、クロム、バナジウム、およびモリブデン元素は、窒化に非常に有用である。これらの元素が窒化温度で新生窒素原子と接触すると、安定な窒化物が形成される。
特に、モリブデン元素は窒化物を生成する元素として作用するだけでなく、窒化温度で生じる脆性の低減としても作用する。ニッケル、銅、シリコン、マンガンなどの他の合金鋼の元素は、窒化特性にり寄与しません。
一般に、鋼が1種以上の窒化物形成元素を含む場合、窒化後の効果は比較的良好である。中でもアルミニウムは最強の窒化元素であり、0.85~1.5%のアルミニウムで窒化することが最良の結果をもたらす。
クロム含有クロム鋼に関する限り、十分な含有量があれば、良好な結果も得ることができる。しかし、窒化層が非常に脆く剥がれやすいため合金を含む炭素鋼はなく、窒化鋼には適していません。
一般的に使用される窒化鋼は、次の 6 種類あります。
(1)アルミニウムを含む低合金鋼(標準窒化鋼)
(2)SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700、9800シリーズのクロムを含有する中炭素低合金鋼。
(3)熱間加工ダイス鋼(クロム約5%含有) SAE H11(SKD-61) H12、H13
(4)イト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼SAE 400シリーズ
(5)オーステナイト系ステンレス鋼SAE 300シリーズ
(6)析出硬化ステンレス鋼17-4PH、17-7PH、A-286など
アルミニウムを含む標準的な窒化鋼は、窒化後に高硬度および高耐摩耗性表面層を得ることができるが、硬化層も非常に脆い。それどころか、クロム含有低合金鋼は硬度が低いが、硬化層はより強靭であり、その表面もかなりの耐摩耗性および耐ビーム性を有する。したがって、材料を選択する際には、材料の特性に注意を払い、その利点を最大限に活用して部品の機能を満たす必要があります。H11(SKD61)D2(SKD-11)などの工具鋼は、表面硬度が高く、コア強度が高い。
影響
鋼部品の耐摩耗性、表面硬度、疲労限界、耐食性を高めます。
技術プロセス
窒化前の部品の表面洗浄
ほとんどの部品は、ガス脱脂により脱脂直後に窒化することができる。一部部品はガソリンで洗浄する必要がありますが、窒化前の最終加工方法で研磨、研削、研磨などを行うと、表層が窒化の妨げとなり、窒化後に窒化ムラや偏窒化が生じることがあります。
曲げ等の欠陥が発生した。このとき、以下の2つの方法のいずれかを使用して表面層を除去する必要があります。最初の方法は、まず窒化前にガスを使用してオイルを除去します。次に、アルミナ粉末を使用して表面をサンドブラストします(研磨剤洗浄)。第2の方法は、表面にリン酸塩コーティングを塗布することである。
窒化炉の排気
加工部品を窒化炉に入れ、炉カバーを密閉して加熱しますが、150°Cに加熱する前に炉を排気する必要があります。炉の主な機能は、アンモニアが分解される際に爆発性ガスが空気と接触するのを防ぎ、処理対象物および支持体の表面の酸化を防止することである。
使用されるガスはアンモニアと窒素です。炉内の空気を除去するための基本事項は次のとおりです。
(1)処理対象部品を設置した後、炉蓋を密閉し、無水アンモニアガスを始動させ、流量を極力高くする。
(2)加熱炉の自動温度制御を150°Cに設定し、加熱を開始します(炉内温度は150°Cを超えてはなりません)。
(3)炉内の空気を10%未満に除去した場合、または排ガス中にNH3を90%以上含むと、炉内温度が窒化温度まで上昇する。
アンモニア分解率
窒化は、他の合金元素を新生窒素と接触させることによって行われるが、新生窒素の生成は、アンモニアガスが加熱された鋼に接触すると鋼自体が触媒となり、アンモニアの分解を促進することである。
アンモニア下では様々な分解速度で窒化が行えますが、分解率は一般に15~30%で、窒化に必要な厚さは少なくとも4~10時間維持され、処理温度は約520°Cに維持されます。
冷える
ほとんどの工業用窒化炉には、窒化作業の完了後に加熱炉と加工部品を迅速に冷却する熱交換器があります。すなわち、窒化終了後、火力をオフにして炉内温度を約50°C低下させ、アンモニア流量を2倍にして熱交換器を開始する。
このとき、排気管に接続されたガラス瓶に気泡が溢れていないか観察し、炉内の陽圧を確認する。炉内に導入されるアンモニアガスが安定した後、炉内の陽圧が維持されるまでアンモニアの流量を減少させることができる。
炉内温度が150°Cを下回った場合、上記のような炉内のガスの除去方法を用いて、空気または窒素を導入した後に炉蓋を開けることができます。
ガス窒化
ガス窒化は1923年にドイツのAF ryによって出版されました。ワークを炉内に設置し、NH3ガスを500~550°Cの窒化炉に直接供給し、20~100時間保持してNH3ガスを原子状態に分解した。
(N)ガス及び(H)ガスによる窒化処理は、鋼の表面に耐摩耗性及び耐食性化合物層を製造することを主な目的とする。その厚さは約0.02〜0.02m / mであり、その性質は極めて硬くHv 1000〜1200であり、そして非常に脆い。NH3の分解速度は、流量および温度によって異なる。
流量が大きいほど分解速度が低くなり、流量が小さければ小さいほど分解率は高く、温度が高いほど分解率は高くなります。温度が低いほど、分解速度は低くなります。NH3ガスは、次のように570°Cで熱分解します。
NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2
分解されたNは、その後、鋼の表面に拡散して形成する。相Fe2−3Nガス窒化は、一般的な欠点は、硬化層が薄く、窒化時間が長いことである。
ガス窒化は窒化のためのNH3の分解により効率が低いため、Al、Cr、Moなどの窒化元素を含むなど、窒化に適した鋼を選択することが一般的に固定されており、そうでなければ窒化は不可能です。
一般に、JISおよびSACM1が用いられる。新しいJIS、SACM645およびSKD61は、強化および強化処理を伴う焼入れおよび焼戻しとも呼ばれる。Al、Cr、Moなどはいずれも点温度を上昇させる元素であるため、焼入れ温度が高く、焼戻し温度も通常の構造用合金鋼よりも高い。窒化温度での長時間加熱時に焼戻し脆性が発生するため、予め焼入れ焼戻し処理が施されている。
NH3ガス窒化は、表面が粗く、硬く、長時間のために脆いため、研削が容易ではなく、長時間は経済的ではない。プラスチック射出成形機の供給管やスクリューロッドの窒化に使用されます。
液体窒化
液体軟窒化の主な違いは、窒化層中にFe3Nε相が存在すること、Fe4Nr相は存在するが窒化Fe2Nξ相は存在しないことである。ξ相化合物は窒化プロセスでは硬くて脆く、靭性に劣り、液体軟窒化方法は、錆を除去し、脱脂し、ワークピースを予熱し、窒化るつぼに入れることです。
るつぼはTF-1を主塩として作られており、560〜600°Cに数分〜数時間加熱されます。、窒化層の深さは、ワークピースへの外部荷重の大きさに応じて決定される。加工中、一定量の空気窒化剤をCNまたはCNOに分解するために、坩堝の底部に空気管を挿入しなければならず、これは作業面に浸透して拡散するので、ワークピースの表面の最外層化合物はNの8〜9%wtであり、少量のCおよび拡散層である。
窒素原子はα-Feベースに拡散し、鋼の耐疲労性を高めます。窒化期間中、CNOの分解および消費のために、したがって、風量を調整したり、新しい塩を加えたりするために、6〜8時間の処理で塩の組成を連続的に試験する必要がある。
液体軟窒化処理に使用される材料は鉄金属です。窒化後の表面硬度は、表面硬度がAl、Cr、Mo、Ti、及び金含有量が多いほど高く、窒化深さが浅くなり、例えば炭素鋼Hv350〜650、ステンレス鋼Hv1000〜1200、窒化鋼Hv800〜1100。
液体軟窒化は、シリンダーライナー加工、バルブ加工、ピストンバレル加工、非変形金型など、耐摩耗性および耐疲労性の自動車部品、ミシン、カメラなどに適しています。液体軟窒化を使用している国には、西ヨーロッパ諸国、米国、ソビエト連邦、日本が含まれます。
イオン窒化
この方法は、窒化炉にワークピースを配置し、事前に炉内を10−2〜10−3Torr(mmHg)に真空にし、次いでN2ガスまたはN2 + H2混合ガスを導入し、1〜10Torrに達するように炉を調整し、炉体を陽極に接続し、ワークを陰極に接続し、そして2極間に数百ボルトの直流電圧を印加する。
このとき、炉内のN2ガスは明るく陽イオンに排出され、作業面に移動します。電圧が急激に低下し、陽イオンが高速で陰極の表面に突入し、運動エネルギーをガスエネルギーに変換し、窒素イオンの影響によりワークピースの表面温度が上昇する可能性があるため、ワークピースの表面は Fe.CO および他の元素で飛び散って窒素イオンと結合する。FeNは、その結果、窒化鉄が被加工材に徐々に吸着して窒化を生成する。
イオン窒化は基本的に窒素を用いるが、炭化水素ガスを加えればイオン軟窒化に用いることができるが、一般にイオン窒素化学処理と呼ばれ、炉内に充填する混合ガスの分圧比(N2+H2)を変えることでワーク表面の窒素濃度を調整することができる。
純粋なイオン窒化の場合、作業面上の単相r'(Fe4N)構造は、5.7〜6.1%wtでN含有量を含み、層の厚さは10μm以内である。化合物層は強く、多孔質ではなく、脱落しにくい。窒化鉄は被加工物に絶えず吸収されて内部に拡散するため、表面から内部までの構造はFeN→Fe2N→Fe3N→Fe4Nが順に変化し、単相ε(Fe3N)はNを5.7〜11.0%wt、単相ξ(Fe2N)は11.0〜11.35%wtを含む。
イオン窒化は、まずr相を生成し、次いで、炭化水素の場合、イプシロン相に変化する化合物層および拡散層、拡散層の増加が疲労強度の増加に大きく寄与する。侵食性はεの段階で最高です。
イオン窒化処理の程度は350°Cから開始できます。 処理時間は、材料およびそれに関連する機械的特性を考慮すると、数分または長時間であってもよい。この方法は、熱分解法を用いた窒化処理の前と同様である。方法は異なります。この方法は高いイオンエネルギーを利用するため、従来は処理が難しいと思われていたステンレス、チタン、コバルトなどの材料も、表面硬化性に優れ、容易に処理することができます。
あなたはについて特定の質問がありますか?機械加工サービス?ヨギーにコンタクト!当社のセールスエンジニアは、お客様のプロジェクトがお客様の要件に確実に適合するように、最初から最後までお客様と協力します。
またヨギーの専門メーカーです鉱山機械,CNC工作機械そして機械部品20年以上。
