카보나이트라이딩(탄질화) 공정: 강철 부품 표면 경도와 내구성 향상

정밀 가공과 정밀 주조 공정을 거친 부품은 가공 과정에서 표면이 약화될 수 있습니다. 저합금강과 탄소강 부품은 실운영 환경에서 지속되는 마모를 견디기에 강도가 부족할 수 있습니다. 더 단단한 표면과 강도, 내열성, 연성, 표면 경도 등 향상된 기계적 물성을 부여하기 위해 열처리 공정을 적용합니다.

열처리 공정에는 여러 종류가 있으며, 그중 하나가 카보나이트라이딩(carbonitriding)으로, 침탄질화라 불리는 표면 경화 공정의 일종입니다. 침탄질화는 밀봉된 챔버에서 고온 상태로 가공된 부품에 화학 원소를 침투시키는 과정입니다. 부품의 '케이스(case)', 즉 표면층이 침탄질화 처리를 받습니다. 경화 깊이는 경화 온도, 퀜칭 속도, 금속 경화성, 부품 치수, 탄질화 깊이 등 다양한 요인에 따라 결정됩니다.

카보나이트라이딩(탄질화)

탄질화는 금속의 결정 미세조직을 변화시켜 바람직한 물성을 부여하는 오스테나이트 경화 공정입니다. 오스테나이트 상태의 금속은 열만으로는 경화되지 않으므로, 암모니아에서 유래한 탄소와 질소를 열화학적 공정으로 도입합니다. 이 화학 원소들이 부품 표면 미세조직에 침투해 조직을 변형·왜곡시키며, 케이스 층을 더 연성 있고 내구성 높고 단단하게 만듭니다.

공정 프로세스

저탄소강 또는 저합금강 부품을 약 1500°F(850°C) 온도 범위까지 가열합니다. 밀봉 챔버에 질소와 탄소를 주입하면 이들이 부품 표층으로 확산됩니다. 이후 오일 퀜칭으로 급랭하여 금속을 경화시키고 내마모성을 향상시킵니다. 탄질화 침투 깊이는 약 0.1~0.75mm까지 도달합니다.

적용 분야

탄질화 공정은 표면 열처리로 금속을 더 단단하고 강하게 만들어야 하는 저가 금속에 이상적입니다. 저탄소·저경화성 강철 부품이 이 공정으로 다양한 이점을 얻습니다. 탄질화가 적용되는 대표 부품은 다음과 같습니다.

• 피스톤
• 패스너
• 핀
• 기어
• 샤프트
• 기어 이빨
• 다이스
• 공구
• 레버

부품에 탄질화 적용 여부를 판단할 때는 사용 금속, 부품 사양, 용도 환경을 종합 고려해야 합니다.

탄질화의 이점

탄질화는 소형 부품에 내마모성을 부여합니다. 이 공정은 마모 공정으로 벗겨질 수 있는 외부 코팅을 입히는 대신 표면층 미세조직 자체를 변형시킵니다. 따라서 일상 사용 시 보호를 위해 외부 코팅을 반복 도포할 필요가 없습니다. 단순·복잡 형상 부품 모두에 적용 가능합니다.

탄질화를 포함한 당사의 열처리 공정에 대한 자세한 정보는 Impro로 문의해 주십시오.