화학적 열처리: 정의, 분류 및 특성

화학적 열처리의 정의

화학적 열처리는 단열을 위해 금속 또는 합금 공작물을 적절한 활성 매체에서 가열하여 하나 이상의 원소가 표면층에 침투하여 화학적 조성, 구조 및 성능을 변경하는 프로세스입니다.

"표면 확산" 또는 "열 확산" 처리라고도 하는 화학적 열처리에는 다음을 포함합니다. 금속 소재 또는 하나 이상의 화학 원소를 포함하는 고체, 액체 또는 기체 매체의 부품입니다.

그런 다음 재료는 용광로에서 특정 온도로 가열되어 이러한 원소가 금속 표면에서 분해, 흡착, 고용체 및 중간 열분해물의 조합 반응을 통해 금속 표면으로 들어갈 수 있습니다. 원소는 열 확산을 통해 금속 재료에 서서히 침투하여 금속 표면에 하나 이상의 합금 원소가 풍부한 침투층을 형성합니다.

화학 열처리 기술은 공작물의 성능 요구 사항을 크게 개선할 수 있기 때문에 현대 산업에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

단단한 표면과 거친 내부 표면을 생성하여 고강도, 고경도, 높은 내마모성, 발작 방지 성능, 피로 방지 성능 및 특수 내식성을 포함한 다양한 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 고온 산화 저항성과 같은 공작물 표면의 물리적 및 화학적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

복잡한 작업 조건에서 기계 부품의 내구성을 높이려면 공작물이 원래의 플라스틱 및 연성 특성을 유지해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 따라서 화학 열처리는 광범위한 산업 응용 분야의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 널리 사용됩니다.

화학적 열처리의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 고체 확산 침투는 공작물 표면층의 화학적 구성을 변경할 뿐만 아니라 구조를 수정합니다.
• 침투층과 매트릭스 사이에 확산층이 존재하기 때문에 단일 재료로는 달성하기 어려운 특성을 제공하거나 공작물의 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
• 화학적 열처리는 농도 구배에 따라 진행됩니다.
• 화학적 열처리에 의해 형성된 침투층의 구조는 위상도를 준수합니다.
• 그 구조는 연속적이며 야금학적 조합으로 분류됩니다.

화학 열처리 분류

1. 침투한 요소의 유형에 따른 분류

이는 침탄을 포함한 여러 가지 방법으로 나눌 수 있습니다, 질화, 붕소화, 알루미늄화, 황화, 탄질화, 탄소-크롬 복합 침탄 등입니다.

2. 침투한 요소의 유형 및 순서에 따른 분류

1. 단일 요소 침투

침탄(단위 침탄), 붕소화(단위 붕소화) 등입니다.

2. 2. 바이너리 침투.

두 가지 요소에 동시에 침투하는 과정을 이중 침투라고 합니다.

탄소와 질소가 동시에 침투하는 것을 탄화 침탄(줄여서 탄질화라고도 함)이라고 합니다. 마찬가지로 붕소와 알루미늄이 동시에 침투하는 과정을 붕소 알루미나이징(줄여서 붕소 알루민화라고도 함)이라고 합니다.

3. 다중 요소 침투.

다중 요소 침투는 두 가지 이상의 요소가 동시에 침투하는 것을 말합니다.

특히 탄소, 질소, 붕소가 동시에 물질에 침투하는 것을 탄질화라고 합니다.

4. 바이너리 복합 침투.

두 가지 요소가 있는 머티리얼에 침투하는 것을 두 요소 복합 침투라고 합니다.

예를 들어 텅스텐과 탄소가 순차적으로 침투하는 경우 이 과정을 텅스텐-탄소 이원 복합 침투라고 합니다.

5. 다중 요소 복합 침투.

다중 요소 복합 침투는 두 개 이상의 요소가 순차적으로 침투하는 것을 말합니다.

예를 들어 질소, 탄소, 황의 삼원 복합 침투는 다원소 복합 침투의 한 유형입니다.

3. 활성 매체 관통 요소의 상태에 따른 분류

1. 솔리드 방법

분말 충전 방식, 페이스트(슬러리) 방식, 전기 사이클론 방식 등을 포함합니다.

2. 액체 방식

염욕법, 전해염욕법, 수용액 전기분해법 등을 포함합니다.

3. 가스 방식

진공 방식, 고체 가스 방식, 간접 가스 방식, 이동식 이온로 방식 등을 포함합니다.

4. 이온 폭격 방법

여기에는 이온 충격 침탄, 이온 충격 질화, 이온 충격 금속화 등이 포함됩니다.

4. 표면 화학 성분의 변화 특성에 따른 분류

확산 침투는 네 가지 범주로 분류할 수 있습니다:

• 다양한 비금속 요소.
• 다양한 금속 요소.
• 금속 및 비금속 요소의 동시 침투.
• 확산을 통해 불순물 요소를 제거합니다.

5. 침투 요소와 강철 내 요소에 의해 형성된 상 구조에 따른 분류

강철의 표면 개질 과정에는 두 가지 메커니즘이 있습니다. 첫 번째 메커니즘은 용매 원소의 격자에 용해된 침투 원소에 의해 고체 용액이 형성되는 것입니다. 침탄, 탄화 및 이와 유사한 공정이 이 범주에 속합니다.

두 번째 메커니즘은 반응 확산으로, 두 가지 하위 유형이 있습니다.

첫 번째 하위 유형은 침투 원소가 강철에 존재하는 원소와 반응하여 금속 화합물이라고도 하는 질서 정연한 상(相)을 형성하는 것입니다. 일반적으로 질화라고 하는 질화가 이 하위 유형의 예입니다.

두 번째 하위 유형은 용매 원소 격자에서 침투 원소의 용해도가 매우 낮을 때 발생합니다. 이 경우 침투 원소는 강철에 존재하는 원소와 반응하여 화합물 상을 형성합니다. 붕소화가 이 하위 유형의 예입니다.

6. 침투 요소가 철강 부품의 표면 특성에 미치는 영향/목적에 따라 분류합니다.

• 경도, 강도를 강화하세요, 피로 강도침탄, 질화, 탄질화 등의 기술을 사용하여 공작물 표면의 내마모성을 향상시킵니다.
• 붕소화, 바나다이징, 니오븀 등의 방법을 통해 공작물 표면의 경도와 내마모성을 높입니다.
• 황화, 산화 질화, 황-질소 침투 처리와 같은 기술을 활용하여 마찰 계수를 낮추고 공작물 표면의 내마모성 및 스크래치 저항성을 개선합니다.
• 실리콘화, 크롬화, 질화 등의 기술을 사용하여 공작물 표면의 내식성을 개선합니다.
• 알루미늄화, 크롬화, 실리콘화 등의 방법을 통해 공작물 표면의 고온 산화 저항성을 향상시킵니다.

7. 화학적 열처리 중 강철의 구조 상태에 따른 분류

표 1 강철의 구조 상태에 따라 형성된 분류표

표 1은 페라이트 상태의 강철의 화학 열처리 온도가 일반적으로 저온 화학 열처리라고 하는 600℃ 미만임을 보여줍니다.

반면, 오스테나이트 상태의 강철의 화학적 열처리 온도는 일반적으로 600℃ 이상으로 고온 화학 열처리로 알려져 있습니다.

저온 화학 열처리 공정은 낮은 처리 온도, 에너지 효율성, 공작물의 왜곡 최소화, 내식성 및 고착 방지 특성 개선, 경도 증가, 마모 및 마찰 방지 성능 향상 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

또한 표 1에서 볼 수 있듯이 강철의 화학적 열처리는 일반적으로 침탄, 질화, 탄질화 등과 같은 다양한 원소의 침투에 따라 이름이 붙여집니다.

화학적 열처리의 특성

다음에 비해 표면 경화 방법 표면 담금질 및 표면 변형 강화와 같은 다음과 같은 특성을 나타냅니다.

• 다양한 원소를 도입함으로써 공작물 표면의 화학적 구성과 구조를 효과적으로 수정하여 다양한 표면 특성을 달성함으로써 다양한 작동 조건에서 공작물의 성능 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
• 일반적인 화학 열처리에서 침탄 층의 깊이는 공작물의 기술 사양에 따라 조정할 수 있으며 침탄 층의 구성, 구조 및 성능은 표면에서 내부로 점차적으로 달라집니다. 침탄층과 매트릭스는 금속학적으로 결합되어 강한 결합력을 가지며 표면층이 벗겨지는 것을 방지합니다.
• 화학적 열처리는 일반적으로 공작물의 기하학적 모양에 의해 제한되지 않습니다. 모양에 관계없이 쉘과 내부 공동은 필요한 침투 층 또는 국소 침투 층을 얻을 수 있습니다. 반면 표면 경화, 압연, 냉간 프레스, 냉간 압연 및 기타 냉간 가공 경화 처리는 공작물의 형상에 의해 제한됩니다.
• 대부분의 화학 열처리는 공작물의 변형이 적고, 정밀도가 높으며, 치수 안정성이 우수하고, 기타 장점이 있습니다. 질화, 연질화, 이온 질화 등과 같은 공정을 통해 공작물은 높은 정확도와 낮은 표면 거칠기와 우수한 치수 안정성을 제공합니다.
• 화학적 열처리는 공작물의 표면 특성을 종합적으로 개선할 수 있습니다. 대부분의 화학적 열처리는 내식성, 내산화성, 마찰 감소, 고착 방지, 내식성 및 기타 공작물 표면층의 특성을 향상시키는 동시에 표면 기계적 특성을 개선할 수 있습니다.
• 일반적인 화학 열처리는 기계 제품의 품질을 향상시키고 재료의 잠재력을 끌어내며 서비스 수명을 연장하는 데 더 큰 영향을 미칩니다. 따라서 귀금속 재료를 보존하고 비용을 절감하며 경제적 이점을 높일 수 있습니다.
• 대부분의 화학적 열처리는 복잡한 물리적, 화학적, 야금학적 공정입니다. 계면에서의 물리적, 화학적 반응과 외부에서 내부로의 야금학적 확산을 통해 특정 활성 매체에서 가열해야 합니다. 따라서 공정이 복잡하고 처리 주기가 길며 장비 요구 사항이 높습니다.

결론

이 문서에서는 주로 화학적 열처리의 정의, 분류 및 특성을 강조하는 데 중점을 둡니다.

이러한 기본적인 정보를 제공함으로써 독자들이 이 주제에 대해 더 깊이 이해할 수 있기를 바랍니다.