窒素硬化は、窒素ガスを利用して金属材料の表面特性を変更し、硬度、耐摩耗性、および耐食性を高める高度な表面処理プロセスです。 このプロセスは、特に過酷な条件下で高性能を必要とする用途で、鋼製の鋳物や鍛造品に特に価値があります。 従来の浸炭または窒化方法とは異なり、窒素硬化は、他の方法に関連することが多い歪みのリスクなしに、均一で高品質の表面処理を提供するという利点を提供します。
窒素硬化の主な目標は次のとおりです。
強化された表面硬度: 部品の表面硬度を大幅に高め、耐摩耗性を向上させ、摩擦条件下での表面劣化を低減します。
耐腐食性: 航空宇宙、エネルギー、海洋用途などの攻撃的な環境を扱う業界で不可欠な腐食および酸化に対する材料の耐性を向上させるため。
耐疲労性の向上: 周期的な荷重によるひび割れや破損に耐える硬化した表面層を作成することにより、部品の疲労強度を高めること。
コア靭性の維持: 表面を強化しながらコア材料の靭性と延性を維持するために、コンポーネントが静的および動的負荷条件の両方で最適に機能することを保証します。
寸法安定性: 寸法の変化や歪みを避けるために、厳しい公差と高品質の表面仕上げを必要とする精密部品に最適です。
窒素硬化には、コアの完全性を維持しながら、材料が強化された表面特性を達成できるようにするいくつかの重要なステップが含まれます。
1.準備:
鋳造または鍛造は、窒素処理プロセスを妨げる可能性のある油、酸化物、または汚染物質を除去するために徹底的に洗浄されます。 この洗浄は、化学洗浄剤、研磨ブラスト、または材料およびコンポーネントの形状に適した他の方法を使用して行うことができる。
2.窒化雰囲気:
コンポーネントは炉または窒化チャンバーに配置され、そこで窒素が豊富な雰囲気にさらされます。 この雰囲気は典型的にはアンモニア (NH ₃) を含み、これは高温で分解して窒素ガスを放出する。
窒素原子は、材料の組成と目的のケースの深さに応じて、通常500 °Cから580 °C (932 °Fから1,076 °F) の間の高温で部品の表面に拡散します。
3.拡散プロセス:
窒化プロセス中、窒素原子はコンポーネントの表面に拡散し、金属と結合して硬い窒化物を形成します。 これらの窒化物、多くの場合、窒化鉄 (Fe₄NまたはFe₇N ₆) は、部品の硬度と耐摩耗性を大幅に向上させる硬い表面層を形成します。
拡散の深さは、プロセスの時間と温度を調整することによって制御できます。 一般に、窒化層の深さは0.1mm〜0.5mm (0.004インチ〜0.02インチ) の範囲ですが、特定の用途ではより深いケースを実現できます。
4.冷却:
窒化プロセスの後、部品は通常、空気または他の制御された環境で冷却される。 浸炭や誘導硬化などの他の表面硬化方法とは異なり、窒素硬化は通常、均一で安定した微細構造をもたらすため、焼入れや急速冷却を必要としません。
5.ポスト処置:
場合によっては、窒化部品は、所望の表面仕上げおよび寸法を達成するために、研磨または光研削などの仕上げプロセスを経てもよい。 これは、精密部品を扱うとき、または表面の外観が重要なときに特に重要です。
1.高められた表面硬度:
窒素硬化は、コア材料の靭性に影響を与えることなく、鋳物および鍛造品の表面硬度を増加させる。 これにより、耐摩耗性で研磨条件に耐えることができるコンポーネントが得られ、高性能アプリケーションに最適です。
2.優れた摩耗と耐摩耗性:
窒化表面層は優れた耐摩耗性を提供するため、ギア、シャフト、バルブコンポーネントなどの摩擦力にさらされる部品に窒素硬化が特に有益になります。 プロセス中に形成された硬い窒化物は、表面劣化に対する障壁として作用する。
3.高められた腐食および酸化の抵抗:
窒素硬化の重要な利点の1つは、処理された部品の耐食性の向上です。 窒化された表面は、酸化や腐食から保護する薄くて安定した酸化物層を形成し、航空宇宙、自動車、海洋、エネルギーの各セクターなどの攻撃的な環境で動作するコンポーネントに最適なプロセスになります。
4.改善された疲労抵抗:
窒素硬化プロセスはまた、表面硬度を高め、より均一な微細構造を促進することにより、鋳造および鍛造の耐疲労性を改善します。 これは、ギア、カムシャフト、クランクシャフトなどの繰り返し応力サイクルを受けるコンポーネントに不可欠です。
5.低いゆがみおよび最小次元の変更:
窒素硬化は、浸炭や焼入れなどの他の硬化方法と比較して比較的低温のプロセスです。 これにより、熱歪みや寸法変化のリスクを減らすことができ、公差の厳しい精密部品に特に適しています。
6.エネルギー効率:
窒素硬化は、他の表面硬化方法に比べてエネルギー効率の良いプロセスである。 高温焼入れや大規模な加熱を必要としないため、消費するエネルギーが少なくなり、運用コストが低くなります。
7.环境にやさしい:
他のいくつかの表面処理方法とは異なり、窒素硬化は最小限の排出量を生み出し、より環境に優しいです。 このプロセスでは、豊富で毒性のない窒素ガスを使用し、より安全で持続可能な製造環境に貢献しています。
窒素硬化は、高い表面硬度、耐摩耗性、および耐食性が重要である産業の部品にとって理想的です。 主なアプリケーションは次のとおりです。
・自動車産業:
高い摩耗と機械的ストレスを受けるギア、カムシャフト、クランクシャフト、およびバルブコンポーネント。
燃料システム部品、サスペンション部品、トランスミッション部品など、耐摩耗性と耐食性の両方を必要とするコンポーネント。
・エネルギーと発電:
蒸気タービン部品、コンプレッサーブレード、および攻撃的な熱および機械的環境で動作する高圧バルブコンポーネント。
摩耗や腐食性の媒体にさらされる掘削ツール、ポンプ、その他の機器。
・海洋および石油及びガス:
船舶用エンジン部品、油圧部品、および硬度と耐食性の両方が不可欠な過酷で腐食性の環境で動作するその他の部品。
強化された耐摩耗性と防食性を必要とする海底機器とバルブ。
・ツーリング & 死ぬ:
特に生産性の高い環境で、耐摩耗性の向上を必要とする金型、金型、およびスタンピングツール。
高い表面硬度と耐腐食性が不可欠である金属成形に使用される低温および高温の作業ツール。