침탄은 금속 구성품 표면의 탄소 함량을 증가시켜 경도, 내마모성 및 피로 저항성을 향상시키도록 설계된 일반적으로 사용되는 표면 경화 기술입니다. 이 공정은 기어, 베어링 및 피스톤 핀과 같이 높은 표면 경도가 필요한 구성품에 특히 적합합니다.
탄소침탄 공정의 기본 단계
전처리:
청소: 탄소침탄 공정의 효율성을 보장하기 위해 산화물, 오일 및 기타 불순물을 제거하기 위해 금속 부품 표면을 청소합니다.
난방: 탄소원이 금속 표면에 효과적으로 확산될 수 있도록 금속 부품을 일반적으로 850도에서 950도 사이의 적절한 온도 범위로 가열합니다.
탄소침탄:
탄소 추가: 탄소원이 포함된 환경에 금속 부품을 놓습니다. 일반적인 탄소원으로는 탄소 함유 가스(예: 메탄), 고체 탄소원(예: 탄소 분말), 액체 탄소원(예: 탄화칼슘)이 있습니다. 이러한 탄소원은 고온에서 탄소 원자를 방출하여 금속 표면으로 확산됩니다.
확산: 고온에서는 탄소 원자가 금속 표면으로 확산되고 금속 내부로 침투하여 탄소가 풍부한 표면층을 형성합니다.
냉각:
담금질: 탄화된 금속 구성 요소를 빠르게 냉각하여 경도를 높입니다. 일반적으로 물, 오일 또는 공기가 담금질 매체로 사용됩니다.
템퍼링: 냉각 중에 발생하는 내부 응력을 완화하고 경도와 인성을 더욱 최적화하기 위해 금속 구성 요소는 일반적으로 템퍼링을 거칩니다. 이 프로세스에는 구성 요소를 더 낮은 온도(약 150도~200도)로 가열한 다음 천천히 냉각하는 것이 포함됩니다.
침탄공정의 특성 및 장점
표면 경도 증가: 탄소침탄은 금속 부품의 표면 경도를 크게 높여 마모와 부식에 대한 저항력을 높여줍니다.
향상된 피로 저항성: 탄화층은 고하중 조건에서 부품의 피로 저항성을 향상시킵니다.
향상된 충격 저항성: 담금질 및 템퍼링 처리를 거친 부품은 더 나은 충격 저항성을 나타내므로 고충격 하중 적용에 적합합니다.
응용 프로그램
자동차 산업: 기어, 크랭크샤프트, 캠샤프트 등의 마모 저항성과 내구성을 향상시키는 데 사용됩니다.
기계 제조: 베어링, 기어, 공구 등 고하중, 고마찰 부품에 적용됩니다.
항공우주산업: 혹독한 작동 조건을 견딜 수 있도록 구성 요소의 표면 경도와 피로 저항성을 향상시킵니다.
침탄처리는 금속 부품의 성능을 효과적으로 개선하여 수요가 많은 용도에 적합하게 만듭니다.
탄소침투의 일반적인 결함 및 해결책
1. 탄화층 내의 대형 또는 네트워크형 탄화물 입자
원인: 표면 탄소 농도가 높습니다.
가스탄소침착에서 과도한 탄소 첨가.
통제된 분위기에서 탄소가 과도하게 농축됨.
액체탄화조에는 시안화물 함량이 높습니다.
침탄 후 천천히 냉각합니다.
구제책:
표면 탄소 농도를 줄이고, 확산 중 탄소 첨가를 제어하고 습도를 조절합니다.
고체탄소침착에서 탄소첨가제의 양을 줄입니다.
액체탄화에서 시안화물 함량을 줄이세요.
탄소침투 후 냉각을 가속하거나 담금질 온도와 시간을 늘린다.
담금질을 여러 번 실시하거나, 담금질 전에 정규화 작업을 한 후 고온 템퍼링을 실시합니다.
2. 과도한 잔류 오스테나이트
원인:
높은 탄소와 합금 원소를 함유한 안정된 오스테나이트.
불충분한 템퍼링으로 인해 오스테나이트가 안정됩니다.
템퍼링 후 천천히 냉각합니다.
구제책:
적절한 표면 탄소 농도를 유지합니다.
담금질 온도를 낮추거나 담금질을 위해 재가열합니다.
낮은 온도에서 조절한 후 빠르게 식힙니다.
재가열하고 다시 담금질하거나 고온 템퍼링 후 담금질을 실시합니다.
3. 표면 탈탄화
원인:
가스탄화의 후반 단계에서는 가스 내 탄소의 잠재력이 낮습니다.
고체탄소화 후 천천히 냉각합니다.
침탄 후 공기 냉각 시간이 연장됩니다.
공기로 작동하는 퍼니스에서 냉각 중 보호 장치가 부족하거나 가스 분위기가 부적절합니다.
구제책:
적절한 탄소 잠재력으로 탄소침투를 보완합니다.
담금질 후 쇼트피닝을 실시합니다.
더 큰 부품에는 연삭 여유를 두십시오.
4. 담금질 후의 블랙 베이나이트 형성
원인: 탄화 매체의 산소 함량이 높아 산화물이 형성됩니다.
구제책:
용광로 내부 분위기의 산소 함량을 조절합니다.
샷피닝을 치료제로 사용하세요.
담금질 매체의 냉각 능력을 향상시킵니다.
5. 코어에 페라이트가 너무 많아 경도가 낮아짐
원인:
낮은 담금질 온도.
재가열 담금질 시 유지시간 및 냉각속도가 부족합니다.
코어에 용해되지 않은 페라이트나 오스테나이트 분해 생성물이 존재합니다.
구제책:
표준 절차에 따라 재가열하고 냉각합니다.
담금질 온도와 유지 시간을 늘립니다.
6. 탄소침투 깊이가 부족함
원인:
낮은 용광로 온도와 짧은 유지 시간.
탄화제의 탄소 함량이 낮음.
용광로에서 가스가 누출됩니다.
소금욕의 구성이 잘못되었거나 용광로에 과도한 양이 적재되었습니다.
표면 산화 또는 탄소 축적.
구제책:
필요에 따라 탄화 온도, 시간 및 약제 양을 조절하세요.
정기적으로 퍼니스 상태를 검사하고 유지 관리하세요.
탄화하기 전에 부품이 깨끗한지 확인하세요.
층이 너무 얇으면 탄소침투를 보충하십시오.
7. 불균일한 탄소침투 깊이
원인:
용광로 온도가 고르지 않음.
용광로 내부의 분위기 순환이 불량합니다.
표면에 탄소블랙이 축적됩니다.
고체탄소화 상자의 온도 차이가 크거나 탄소 첨가제가 고르지 않습니다.
표면 녹이나 기름 얼룩.
표면 거칠기나 부품 간격이 일관되지 않습니다.
구제책:
탄소처리를 하기 전에 부품을 깨끗이 청소하세요.
용광로에서 카본블랙을 제거합니다.
부품의 간격이 균일하고 클램핑이 적절한지 확인하세요.
온도 균일성과 용광로 상태를 정기적으로 점검하세요.
8. 낮은 표면 경도
원인:
표면 탄소 농도가 낮습니다.
높은 잔류 오스테나이트.
베이나이트 구조의 형성
높은 담금질 온도로 인해 과도한 오스테나이트가 발생하거나 낮은 온도 담금질도 발생합니다.
높은 템퍼링 온도.
구제책:
농도가 낮으면 탄소를 보충하세요.
과도한 잔류 오스테나이트가 있는 경우 재가열하고 담금질하십시오.
베이나이트가 존재하면 다시 가열하고 냉각합니다.
적절한 열처리 과정을 준수하세요.
9. 표면 부식 및 산화
원인:
탄화제에 물이나 유황과 같은 불순물이 들어 있음.
고체탄소침착에서의 가스 누출이나 오염.
고온 냉각 중 보호가 부적절합니다.
소금욕에서의 불완전한 탈산소화 또는 공기로에서의 보호되지 않은 가열.
더러운 부분 표면.
구제책:
탄화제와 염의 구성을 조절합니다.
장비의 씰과 청결을 정기적으로 검사하세요.
부품을 즉시 청소하고 공정 규칙을 준수하세요.
10. 탄소화 부품의 균열
원인:
냉각이 느려서 상변화가 고르지 않음.
잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변형되면서 응력이 발생합니다.
초기 담금질 중 과도한 냉각 속도 또는 복잡한 부품 모양.
경화성을 촉진하는 원소를 포함한 높은 합금 함량.
구제책:
완전한 상변태를 보장하기 위해 침탄 후 천천히 냉각합니다.
담금질 후 냉각 속도를 높여 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 얻습니다.
담금질 조건 및 열처리 공정을 최적화합니다.
과도한 변형을 피하기 위해 여분의 재료를 미리 가공합니다.
11. 고합금강의 수소취성
원인:
용광로 분위기에 수소 함량이 높습니다.
수소 확산을 촉진하는 과도한 탄화 온도.
직접 담금질은 수소가 확산되어 나가는 것을 허용하지 않습니다.
구제책:
침탄 후 천천히 냉각.
담금질 후 250도 이상에서 급속 템퍼링이 수행됩니다.
부품을 용광로에서 꺼내기 전에 탄소 공급을 중단하고 질소로 씻어내세요.
12. 탄소침탄층의 낮은 탄소농도
원인:
용광로 내 탄소 잠재력이 낮고 온도가 낮으며 탄소 첨가량이 부족합니다.
카본블랙 코팅 또는 과도한 적재.
불균일한 용광로 분위기와 낮은 용광로 압력.
부분 사이의 간격이 부족합니다.
냉각 중 탈탄.
:
정기적으로 용광로 온도와 탄소 추가를 점검하세요.
적절한 용광로 분위기와 압력을 유지하세요.
누출을 방지하고 적절한 공기 흐름을 유지하세요.
부품 간 적절한 간격을 유지하세요.
13. 과도한 침탄층 두께
원인:
높은 탄화 온도와 장시간 유지 시간.
과도한 탄소 추가.
부정확한 샘플 테스트.
구제책:
과도한 두께를 피하기 위해 공정 매개변수를 조정하세요.
두께가 사양을 초과하는 경우 중재가 필요할 수 있습니다.