강철 제조품을 위한 전문 표면 경화 서비스: 내구성 및 성능 향상

표면 경화 공정은 기계, 전자, 의료기기, 항공우주, 석유·가스 등 전 산업 분야의 제품에 매우 중요합니다. 우리는 다양한 제품을 생산하며 최종적으로 여러 임무를 수행합니다. 많은 애플리케이션은 표면의 높은 경도나 강도를 요구하며, 복합적인 사용 응력은 내마모성 표면뿐만 아니라 충격 응력을 견디기 위한 심부 강도와 인성도 요구합니다.

핵심 특성을 위한 두 가지 일반적인 공정

이러한 다양한 특성을 얻기 위해 두 가지 일반적인 방법이 사용됩니다:

1. 담금질과 템퍼링 전후로 표면의 화학적 조성을 변경합니다. 사용 공정에는 침탄, 질화, 시안화, 탄질화가 포함됩니다.
2. 가열과 담금질 공정을 통해 표면층만 경화합니다. 표면 경화에 가장 일반적으로 사용되는 방법은 화염 경화와 유도 경화입니다.

다음은 표면 경화 처리에 대한 심층 분석입니다.

침탄 공정 (Carburizing)

탄소 분위기에서 부품을 가열하여 탄소를 부품 표면으로 제어된 깊이까지 확산시킵니다. 결과적인 침탄 깊이(흔히 침탄층 깊이라 함)는 사용된 분위기의 탄소 포텐셜과 침탄 처리의 시간 및 온도에 따라 달라집니다. 인성을 높이기 위한 침탄에 가장 적합한 강은 탄소 함량이 충분히 낮은 강(일반적으로 0.3% 미만)입니다. 침탄 온도 범위는 1550~1750°F(843~954°C)이며, 온도와 시간을 조절하여 다양한 표면 깊이를 얻습니다. 강종 선택, 경화능, 담금질 유형은 단면 크기, 요구 심부 경도, 사용 요건에 따라 달라집니다.

가장 흔히 사용되는 3가지 침탄 기술

액체 침탄 (Liquid Carburizing)

강을 용융 시안화 바륨 또는 시안화 나트륨에서 가열합니다. 탄소 외에도 케이스가 약간의 질소를 흡수하여 표면 경도를 높입니다.

고체 침탄 (Pack Carburizing)

고체 탄소 소재와 강을 밀폐 용기에 봉입한 후 가열합니다.

가스 침탄 (Gas Carburizing)

특정 탄소 함량을 가진 가스 분위기에서 강을 가열합니다. 사용 시 탄소 함량을 엄격하게 제어할 수 있습니다.

이러한 방법 중 어느 것을 사용하든, 침탄 사이클 후 재가열 없이 바로 담금질하거나 공랭 후 오스테나이트화 온도로 재가열한 뒤 담금질할 수 있습니다.

케이스 깊이는 사용 하중 조건에 맞게 조절할 수 있습니다. 그러나 유지보수 특성상 부품의 선택된 영역만 표면 경화해야 하는 경우가 많습니다. 경화하지 않을 영역을 동도금이나 상용 페이스트로 덮으면 노출된 영역에만 탄소가 침투합니다. 또 다른 방법은 부품 전체를 침탄한 후 경화 전에 가공으로 선택된 영역의 케이스를 제거하는 것입니다.

질화 공정 (Nitriding)

암모니아 및 분해 암모니아 분위기에서 900~1150°F 온도 범위로 강 부품을 가열하여 수행합니다. 질화물 형성을 통해 얇고 단단한 케이스가 생성됩니다. 이 공정이 성공하려면 강에 강한 질화물 형성 원소(크로뮴, 몰리브덴, 알루미늄을 함유한 특수 비표준 강 등)가 있어야 합니다. 또한 이 공정의 주요 장점은 질화 전에 담금질, 템퍼링, 가공을 수행할 수 있다는 점입니다. 질화 공정 중 변형이 매우 적기 때문입니다.

시안화 공정 (Cyaniding)

용융 시안화 나트륨 욕에서 변태 범위 약간 이상의 온도로 부품을 가열한 후 추가 담금질하여 얇은 경도를 얻는 공정입니다.

탄질화 (Carbonitriding)

시안화 공정과 유사합니다. 차이점은 탄소와 질소의 흡수가 탄화수소와 암모니아를 함유한 기체 분위기에서 부품을 가열하여 이루어진다는 점입니다. 담금질이 필요한 부품의 경우 사용 온도는 1425~1625°F(774~885°C)이며, 액체 담금질이 필요하지 않으면 1200~1450°F(649~788°C)의 더 낮은 온도를 사용할 수 있습니다.

화염 경화 (Flame Hardening)

고온 가스의 나염(裸炎)에 강 부품을 직접 노출시켜 급속 가열하는 공정입니다. 표면을 변태 범위 이상의 온도로 가열한 후 일정 정도의 냉각을 가해 완전히 경화시킵니다. 화염 경화강의 탄소 함량은 0.30~0.60% 사이입니다. 가열 화염에서 가까운 거리에 담금질제를 분사합니다. 즉시 템퍼링이 필요하며, 부품 크기와 비용에 따라 일반 로나 화염 템퍼링 공정으로 수행할 수 있습니다.

유도 경화 (Induction Hardening)

화염 경화와 다소 유사하지만, 주요 차이점은 경화할 강 부품을 고주파 전류가 감싸고 있다는 점입니다. 따라서 가열 깊이는 주파수, 표면 열전도율, 표면 가열 정도에 따라 달라집니다. 적절한 간격으로 물을 분사하여 부품을 담금질합니다. 경우에 따라 일정 온도 도달 후 오일 욕에 담가 오일 담금질하기도 합니다.

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