1. 질화 메커니즘
질화는 특정 온도와 압력에서 활성 질소 원자가 많은 매체에 공작물을 넣는 것입니다. 강철 조각의 표면을 열처리하여 질소가 풍부한 경화층을 형성합니다.
2. 질화의 역할
1. 질화는 부품의 표면을 더 높은 경도와 내마모성으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 38CrMoAlA 강철로 만든 부품의 표면 경도는 질화 처리 후 HV=950-1200에 도달할 수 있으며 이는 HRC=65-72에 해당하며 질화 후 고강도 및 내마모성은 500-600°C에서 유지됩니다. . 중요한 변화는 발생하지 않습니다.
2. 피로 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 질화층에 형성된 더 큰 압축 응력으로 인해 부품은 교번 하중에서 더 높은 피로 한계와 더 낮은 노치 감도를 나타냅니다. 질화 후 공작물의 피로 한계는 15-35% 증가할 수 있습니다.
3. 가공물의 내식성을 향상시킵니다. 질화는 가공물의 표면에 조밀하고 화학적으로 안정적인 ε 상층을 형성하여 수증기 및 알칼리성 용액에 대한 저항성이 높은 질화 방법입니다. 간편하고 경제적이며 아연도금, 블루잉, 기타 화학도금 처리를 대체할 수 있습니다. 또한 일부 금형은 질화 처리되어 내마모성과 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라 금형과 부품 사이의 접착력을 감소시켜 금형의 수명을 연장시킵니다.
2. 질화 실현 방법
1. 가스 질화
가스 질화는 공작물을 밀폐된 공간에 넣고 암모니아 가스를 통과시켜 가열하는 것입니다. 500~580℃에서 몇 시간에서 수십 시간 동안 보온이 유지됩니다. 암모니아는 400°C 이상에서 다음과 같은 분해 반응을 겪습니다: 2NH3-→3H2+2[N], 따라서 용광로에는 많은 수의 활성 질소 원자가 있습니다. 활성 질소 원자[N]는 강철 표면에 흡수되어 내부로 확산되어 질화층을 형성합니다.
경도와 내마모성을 높이기 위한 질화처리의 일반적인 질화온도는 500~520°C이다. 체류 시간은 질화층의 필요한 두께에 따라 달라지며 일반적으로 0.01mm/h로 계산됩니다. 따라서 0.25~0.65mm의 두께를 얻는 데 필요한 시간은 약 20~60시간이다. 질화 온도를 높이면 질화 공정 속도가 빨라질 수 있지만 질화물이 응집되고 조대화되어 부품 표면층의 경도가 감소합니다.
경도와 내마모성을 향상시키기 위한 질화처리를 위해서는 38CrMoAlA, 38CrMoAA 및 기타 강재와 같이 Mo, A, V 등의 원소를 함유한 합금강을 질화처리 시 사용해야 합니다. 이러한 강철은 질소로 처리된 후 질화층에 AlN, CrN, MoN, VN 등과 같은 다양한 질화합금이 포함됩니다. 이러한 질화물은 경도와 안정성이 높고, 강 중에 고르게 분포되어 강의 질화물층에 높은 경도와 내마모성을 부여합니다. Cr은 또한 강철의 경화성을 향상시켜 질화 전에 담금질 및 템퍼링할 때 큰 부품이 균일한 기계적 특성을 얻을 수 있도록 해줍니다. Mo는 또한 결정립을 미세화하고 강철의 두 번째 유형의 성질 취성을 감소시킬 수 있습니다. 일반 탄소강을 사용하면 질화층에 순수한 질화철이 형성되는데, 고온으로 가열하면 분해, 응집, 조대화되기 쉽고 높은 경도와 내마모성을 얻을 수 없습니다.
내식성 질화온도는 일반적으로 600~700℃, 분해율은 대략 40~70%, 체류시간은 15분~4시간, 깊이는 일반적으로 0.05mm를 초과하지 않습니다. 내식성 질화강의 경우 모든 강종을 사용할 수 있으며 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.
2. 액체 질화
액체 질화는 비교적 새로운 화학적 열처리 공정으로 온도가 570°C를 넘지 않고 처리 시간이 1~3시간으로 짧습니다. 특수강이 필요하지 않으며, 시험 결과 액체 질화 처리 후 40Cr의 내마모 능력이 일반 담금질 및 템퍼링 후의 것보다 50% 더 높으며 액체 질화 처리 후 주철의 내마모 능력이 더욱 향상되었습니다. . 뿐만 아니라, 액체 질화 처리된 부품은 다양한 수준으로 피로 저항성과 내식성이 향상되었다는 사실이 입증되었습니다. 고속 강철 절삭 공구는 일반적으로 액체 질화 처리 후 수명을 20-200% 늘릴 수 있습니다. ; 액체 질화 처리 후 3Cr2W8V 다이캐스팅 금형의 수명을 3-5 배 늘릴 수 있습니다. 액체 질화 표면층은 단단하지만 부서지지 않고 어느 정도 인성을 가지며 벗겨지기 쉽지 않습니다.
그러나 액체 질화에도 단점이 있습니다. 예를 들어 질화 표면층의 질화철 화합물 층의 두께가 상대적으로 얇아서 0.01-0.02mm에 불과합니다. 외국에서는 액상질화의 원료로 시안화물염을 주로 사용하고 있으나, 중국에서는 무독성 원료인 액상질화를 대신 사용하고 있다.
우리나라 무독성 액체질화의 공식은 요소 40%, 탄산나트륨 30%, 염화칼륨 20%, 수산화칼륨 10%이다(혼합염의 녹는점은 약 340°C이다). 액체 질화에는 많은 장점이 있지만 용해된 염 반응은 독성이 있어 작업자의 건강에 영향을 미치고 폐염은 처리가 쉽지 않습니다. 이에 따라 사용이 점점 제한되고 있습니다.
3. 이온 질화
'글로우 이온 질화'라고도 불리는 이온 질화는 최근 개발된 열처리 공정으로 생산 주기가 짧고 표면 경도가 높다는 장점이 있습니다. 부품은 질화물 층의 취성 및 기타 장점을 제어할 수 있습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 중국에서 급속도로 발전했으며 다양한 용도로 사용됩니다.
글로 이온 질화의 기본 원리:
글로 이온 질화는 이온 질화를 위해 부품을 진공 챔버에 배치하고 질화 된 부품을 고전력 음극에 연결하는 것입니다. 전압 DC 전원 공급 장치 (음극), 전기로 쉘은 DC 고전압 전원 공급 장치의 양극 (양극)에 연결됩니다. 암모니아 가스가 진공 용기에 채워지지만 용기의 압력은 유지됩니다. 200-1000PA 사이에서 800-1000V의 DC 전압이 음극과 양극 사이에 적용됩니다. 암모니아 가스는 이온화 후 양전하를 띤 질소 양이온[N+]과 음전하를 띤 음이온[N-]을 생성합니다. 플라즈마 존을 형성합니다. 플라즈마 영역에서는 질소의 양이온이 고전압 전계의 가속에 따라 빠르게 음극으로 돌진하여 질화할 부품의 표면을 충격 및 세정하고, 질소가 가열될 때 운동 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 이온이 질소 원자로 변환되어 많은 양의 열 에너지가 방출됩니다. 매우 밝은 라벤더 빛을 방출하며, 작업물 근처에서 전압이 떨어지면 열이 발생합니다. 이 세 가지 유형의 열은 부품을 필요한 온도로 가열합니다. 질화.
이 온도에서 질소 이온은 부품의 금속 표면과 화학적으로 반응합니다. 질소 원자는 부품 표면에 침투하여 내부로 확산되어 질화물 층을 형성합니다.
글로우 이온 질화의 특징:
(1) 표면 가열 속도가 빨라 가열 및 냉각 시간을 1/10~1/12로 단축할 수 있습니다. 또한 표면 가열을 제외한 나머지 부품은 저온(100°C 내외)으로 가열해 발열량을 절약할 뿐만 아니라 부품의 변형도 줄여준다.
(2) 확산 과정은 고전압 전기장의 작용으로 질화물 원자의 이동 속도가 가스 질화보다 몇 배 빠르기 때문에 일반적으로 침투 속도가 빠릅니다. 단 3-10시간.
(3) 질화물층은 인성이 좋고 내피로성 및 내마모성이 우수합니다. 질화물층의 취성 백색 ε 상(Fe2N)을 0~0.2mm 범위로 제어하여 제거합니다. 질화 부품 연삭의 필요성.
표면 경도는 HV900(HRC64) 정도로 높으며, 질화물층의 깊이는 0.09~0.87mm 사이에서 조절 가능하다.
IV. 다양한 질화 방법의 비용 분석
1. 염욕 질화로는 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 작업 공정을 익히기 쉽고 질화 비용이 낮습니다. 질화처리 품질이 높지 않고 폐기물이 오염되어 거의 사용되지 않습니다.
2. 가스 질화로 구조가 복잡하고 가격이 약간 높으며 작업이 약간 더 어렵습니다. 그러나 질화 품질이 좋고 깊은 침투층과 높은 경도를 얻을 수 있지만. 오랜 시간 동안 사용되는 암모니아의 양도 매우 높습니다
3. 이온 질화로의 제조 공정은 매우 까다롭고 사용되는 재료도 매우 까다로우며 전기 제어 기술 내용이 매우 까다롭습니다. 요구 사항이 높지만 질화 품질이 가장 좋고 침투 속도가 빠르며 질화 비용이 가스 질화보다 낮아서 좋은 개발 추세입니다. .
일회성 적재 용량 400kg을 예로 들면 초기 투자금은 다음과 같다
염욕 질화로 투자금은 약 20,000위안이다
가스질소 용광로 비용은 약 40,000위안
이온 질화 비용은 약 90,000위안
동일한 침투층을 달성하려면 이온 질화 비용은 그 중 약 60%입니다. 가스 질화 (염욕 질화는 가스 질화 및 이온 질화의 침투층에 도달하기 어렵기 때문에 운영 비용을 비교할 수 없습니다)