浸炭窒化とニトロ炭焼の比較と対照

熱処理の用語は、時には困難です。 熱処理は、実際に別のものを意味するときに1つの単語を使用して、時には矛盾する可能性があります。 あなたは用語浸炭窒化とnitrocarburizingを聞いて、彼らは二つの異なるケース硬化プロセスであることを知っていますが、それらの間の本当の違いは何ですか? もっと学びましょう。

私たちの混乱の一部は、何年も前に炭窒化が他の名前で知られていたという事実に由来しています–”ドライシアン化”、”ガスシアン化”、”ニカルビング”、(はい)”ニトロ炭”

浸炭窒化プロセス

浸炭窒化は、窒化の一形態ではなく、改質浸炭プロセスです。 この改質は、製造中の浸炭ケースに窒素を添加するために、浸炭雰囲気中にアンモニアを導入することからなる(図2)。 1).

浸炭窒化は、通常、浸炭よりも低い温度、700-900°C(1300-1650°F)の低温で、浸炭よりも短い時間で行われます。 窒素は炭素の拡散を阻害するため、要因の組み合わせにより、浸炭された部品の典型的なものよりも浅いケースの深さが生じ、典型的には0.075mm(0.003インチ)

浸炭窒化中の不均一なケース深さの一般的な原因は、負荷が温度で安定する前にアンモニア添加を導入することであることに注意することが重要である(これは、負荷が温度に達するまでの時間遅延を導入するのではなく、設定点回復時にガス添加を開始する炉ではよくある間違いである)。 アンモニア添加が停止すると、窒素の脱着が起こり始めることも覚えておくことが重要です。

アンモニアの熱分解が非常に速く、より高いオーステナイト化温度での窒素の利用可能性が制限されるため、浸炭窒化が行われる温度範囲は必然的に低くなる。 より壊れやすい構造は低温で形作られ、760°c(1400°F)の下の作動の炉は安全心配である場合もあります。

炭窒化鋼中の窒素は焼入れ性を高め、当初は焼入れ性の低い平炭素鋼や低合金鋼でマルテンサイトを形成することができます。 これらの鋼鉄の例はSAEの等級1018、12L14および1117を含んでいます。 形成された窒化物は高い表面硬度に寄与する。 炭素、マンガン、ニッケルと同様に、窒素はオーステナイト安定剤であるため、焼入れ後の残留オーステナイトが懸念されます。 アンモニアの割合を制御すると、残留オーステナイトの量が減少し、硬度や耐摩耗性が低下した場合に行う必要があります。 高い窒素割合の別の結果は、空隙または多孔性の形成である。 一般に、表面の窒素の内容が0.40%の最高に限られることが推薦されます。

浸炭窒化プロセスの一般的な変化は、サイクルの後半、典型的には負荷が急冷される前の最後の0.5-1時間にアンモニアを導入することである。 内部(または粒界)酸化のために発生する可能性のある焼入性の損失は、窒素吸収によって部分的に補償される。

他にもいくつか言及する価値がある点があります。 浸炭窒化された場合の窒素の存在は和らげることの柔らかくなることへの抵抗を(ある合金になる要素に類似した)高め、窒素の内容が高いほど、柔らかくなることへの材料の抵抗は高くなります。 より高い和らげる温度–230°C(440°F)まで–carbonitrided部品で頻繁に使用される。 焼戻しに対する耐性は、摩耗特性に現れる。 例えば、浸炭された歯車は、多くの浸炭された歯車よりも優れた耐摩耗性を示す。 型抜きの穿孔器のような合金でない鋼鉄の薄セクション部品の浅い場合の深さは、和らげることなしで使用することができます(しかしこれは決して

Nitrocarburizingプロセス

今日では、”フェライト系nitrocarburizing”は一般に単に”nitrocarburizing”と呼ばれています(したがって、炭化窒化の古い名前と混同されています)。

フェライト系Nitrocarburizing(FNC)

Nitrocarburizingは窒化プロセスの修正であり、浸炭の一形態ではありません。 この変更はフェライトの状態の鋼鉄に窒素およびカーボンの同時導入から成っています;すなわち、暖房の間にオーステナイトが形作り始める温度の下で(Fig. 2).

窒化は、通常、500-580°C(925-1075°F)の温度範囲で解離したアンモニアまたは窒素/水素による雰囲気の希釈の有無にかかわらず、アンモニアを用いて行われるが、565°C(1050°F)は伝統的に上限と考えられている。 比較すると、窒素炭焼は、典型的には、50%吸熱ガス+50%アンモニアまたは60%窒素+35%アンモニア+5%二酸化炭素の雰囲気中で550-600℃(1025-1110°F)の温度範囲で行われる。 40%吸熱ガス+50%アンモニア+10%空気など、組成を変化させる他の雰囲気も使用される。 大気中の酸素の存在は、窒素移動の速度論を活性化する。 「白色」または「化合物」層の厚さは、ガス組成およびガス体積(流量)の関数である。 Nitrocarburizingは頻繁に酸化の処置に耐食性および表面の出現を両方高めるために先行しています。

複雑な配列がnitrocarburizedケースの形成に関与しています。 単相イプシロン(e)炭窒化物の非常に薄い層が通常450°C(840°F)と590°C(1095°F)の間に形成されることが重要です。 この化合物層は、鉄(および合金)窒化物およびそれに関連する吸収された窒素を含む下層の拡散ゾーンを有する。 白い層に優秀な摩耗および反引きずる特性があり、最低のゆがみと作り出される。 拡散ゾーンは、十分に実質的であれば、特に炭素鋼および低合金鋼における耐久限界などの疲労特性を改善する。 ケースの硬度の増加のいくつかは、特に強い窒化物形成剤を有するより高度に合金化された鋼における、化合物層の下の拡散ゾーンによるものである。

鋼表面に浸炭反応が存在するため、化合物層の気孔率が観察されることは珍しくなく、窒化速度論、したがってイプシロン(e)層の表面の気孔率の程度 3つのタイプの層は作り出すことができます:気孔率、スポンジの気孔率または円柱状の気孔率無し。 ある適用は深い無孔のイプシロンの層を要求する。 他適用、例えば、最適耐食性はスポンジの気孔率の存在からの必要な利点である。 なお他はオイルの保持が耐久性を高めることができる円柱状の気孔率から寄与します。

オーステナイトニトロ炭焼(ANC)

炭化窒化の低温変種はオーステナイトニトロ炭焼です。 このプロセスは675-775°C(1250-1425°F)の温度較差で起こる。 焼入れ時に生成されるベイナイトおよび/またはマルテンサイトの表面下を有するイプシロン(e)炭窒化物の表面化合物層を生成するように制御することができ,硬い表面のための良好な支持構造をもたらす。 微細構造は中間圧力ポイント接触抵抗の適用(例えば、螺旋形ギヤ)に特に有用である。

概要

これらのプロセスをよりよく理解することで、各熱処理方法を最大限に活用することができます。

  1. Herring,Daniel H.,Atmosphere Heat Treatment,Volume I,BNP Media2014,pp. 58-67
  2. ASM Handbook Volume4D:Heat Treating of Irons and Steels,Jon L.Dossett and George E.Totten(Eds.2014
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  4. Krauss,G.,Steels Heat Treatment and Processing Principles,ASM International,1990,pp.310-317
  5. Slycke,J.and Ericsson,T.,”a Study of Reactions Occuring During the浸炭窒化プロセス、「J H Eat Treat、Vol. 2(No.1),1981,pp.3-19
  6. Dawes,C.,”Nitrocarburizing and Its Influence on Design in The Automotive Sector,”Heat Treatment of Metals,1990,pp.19-30
  7. Bell,T.,”Ferritic Nitrocarburizing,”Heat Treatment of Metals,Vol. J.、およびMittemeijer、「Nitrocarburizing Iron上の化合物層の形成および成長:速度論および微細構造評価」、Surface Eng.、Vol. 3(No.2),1987,pp.123-137
  8. Bell,T.,M.Kinali and G. Munstermann,”オーステナイトニトロカーブリングプロセスの物理的冶金学的側面,”第5回材料の熱処理に関する国際会議,ブダペスト,1986

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