대소문자 강화
Case-hardening
케이스 경화 또는 표면 경화는 금속 물체의 표면을 경화시키면서 밑바닥의 금속이 연하게 유지되도록 하는 과정으로 표면에 얇은 금속층을 형성합니다.탄소 함량이 낮은 철 또는 강철은 자체 경화성이 낮거나 전혀 없는 경우, 케이스 경화 공정은 표면층에 탄소 또는 질소를 추가로 주입하는 것을 포함한다.케이스 경화는 보통 부품이 최종 형상으로 성형된 후에 이루어지지만 패턴 용접 또는 유사한 공정에서 사용되는 막대의 경화 요소 함량을 증가시키기 위해 이루어질 수도 있습니다.표면 경화라는 용어는 현대식 장갑에 대해 설명할 때 이 기술을 설명하는 데에도 사용됩니다.
경화는 경화 금속이 표면 마모에 더 강하기 때문에 경화 또는 연마 재료와 미끄러지는 접촉이 있는 금속 구성 요소에 바람직합니다.그러나 경화 금속은 보통 부드러운 금속보다 더 부서지기 쉽기 때문에 스루 경화(즉, 금속을 조각 전체에 걸쳐 균일하게 경화)가 항상 적합한 선택은 아닙니다.이러한 상황에서 케이스 경화는 (균열 없이 응력을 흡수할 수 있는 소프트 코어 때문에) 파손되지 않는 부품을 만들 수 있을 뿐만 아니라 경화된 표면에 적절한 내마모성을 제공할 수도 있습니다.
역사
초기 철제련은 두 층의 금속을 생산하는 블루머리를 사용했는데, 하나는 연철로 가공되는 매우 낮은 탄소 함량을 가지고 있고 다른 하나는 높은 탄소 외층을 가지고 있습니다.고탄소 철은 단조할 때 깨지고 부서지는 열간 단조이기 때문에 더 이상 제련하지 않으면 쓸모가 없었다.그 결과 서양에서는 단조가 [1]대중화되기 전까지 거의 사용되지 않았다.탄소가 거의 들어 있지 않은 이 단철은 매우 가단성이 있고 연성이 높았지만 매우 단단하지는 않았다.
케이스 경화는 탄소 함량이 높은 물질 안에 저탄소 철을 채운 후 이 팩을 가열하여 철 표면으로 탄소 이동을 촉진하는 것입니다.이는 보다 높은 탄소강의 얇은 표면층을 형성하며, 표면에서 탄소 함량이 점차 감소합니다.그 결과, 저탄소강 코어의 인성과 외부 고탄소강의 경도 및 내마모성이 결합되었습니다.
철의 표면에 탄소를 도포하는 전통적인 방법은 잘 밀봉된 상자("케이스") 안에 철을 분쇄된 뼈와 숯 또는 가죽, 발굽, 소금 및 소변의 혼합물로 포장하는 것이었습니다.이 침탄 패키지는 고온으로 가열되지만 여전히 철의 녹는점 아래이며 이 온도에서 장기간 방치됩니다.고온에서 패키지를 오래 유지할수록 탄소는 표면으로 더 깊이 확산됩니다.용도에 따라 경화의 깊이가 다른 것이 바람직합니다.예리한 공구는 소프트 코어를 드러내지 않고 연삭 및 재할인할 수 있도록 깊은 경화가 필요한 반면, 기어와 같은 기계 부품은 내마모성을 높이기 위해 얕은 경화만 필요할 수 있습니다.
탄소 물질이 위에서 설명한 바와 같이 혼합 유기물일 경우 케이스 경화 부분이 표면 변색을 뚜렷하게 나타낼 수 있습니다.강철은 상당히 어두워지고 뼈와 숯의 불순물로 형성된 다양한 화합물에 의해 검은색, 파란색, 보라색 얼룩무늬가 나타난다.이 산화물 표면은 블루잉과 유사하게 작용하여 어느 정도의 내식성을 제공할 뿐만 아니라 매력적인 마감을 제공합니다.케이스 색칠은 이 패턴을 나타내며, 일반적으로 총기의 장식 마감으로 볼 수 있습니다.
케이스 경화강은 극한의 경도와 극한의 인성을 겸비하고 있는데, 이는 경질강만이 부서지기 쉬운 경향이 있기 때문에 균질 합금과는 쉽게 일치하지 않는 것입니다.
화학
탄소 자체는 케이스 경화 온도에서 고체이므로 움직이지 않습니다.강철 표면으로의 수송은 침탄화합물의 분해와 밀폐된 상자에 채워진 산소가 발생하는 일산화탄소 가스와 같았다.이것은 순수한 탄소로 이루어지지만 작동하기에는 너무 느리다.이 프로세스에는 산소가 필요하지만 CO 사이클을 통해 다시 순환되므로 밀폐된 박스("케이스") 내에서 수행할 수 있습니다.씰링은 CO가 누출되거나 과도한 외부 공기로 인해 CO로2 산화되는 것을 방지하기 위해 필요합니다.
탄산바륨과 같은 쉽게 분해되는 탄산염 "에너지화제"를 첨가하면 BaO + CO로2 분해되어 반응이 촉진됩니다.
- C(도너로부터) + CO2 <-> 2 CO
CO의 전체적인 풍부성과 침탄화합물의 [2]활성을 증가시킨다.뼈로 대소문자를 굳힌다는 것은 상식적인 오류이지만 이는 오해의 소지가 있다.뼈는 사용되었지만, 주요 탄소 공급자는 발굽과 뿔이었다.뼈에는 탄산염이 일부 함유되어 있지만 주로 인산칼슘(히드록시라파타이트)입니다.이는 CO 생산을 촉진하는 유익한 효과가 없으며 강철 합금에 불순물로 인을 도입할 수도 있습니다.
현대적 사용
탄소강과 합금강 모두 케이스 경화에 적합합니다. 일반적으로 탄소 함량이 0.3% 미만인 연강을 사용합니다(자세한 내용은 일반 탄소강 참조).이러한 연강은 탄소량이 적기 때문에 일반적으로 경화성이 높지 않기 때문에 경화성을 높이기 위해 강철 표면이 화학적으로 변화합니다.탄소(침탄), 질소(질소) 및/또는 붕소(붕소)를 강철의 외층에 고온으로 확산시킨 후 표면층을 원하는 경도로 열처리함으로써 케이스 경화강을 형성한다.
케이스 경화라는 용어는 침탄 공정 자체의 실용성으로부터 유래되었으며, 이는 본질적으로 고대 공정과 동일하다.강철 공작물은 탄소 기반 케이스 경화 화합물로 단단히 포장된 케이스 안에 들어 있습니다.이것은 총칭해서 침탄 팩이라고 불립니다.팩은 다양한 시간 동안 열로 안에 넣어집니다.시간과 온도는 경화가 표면까지 얼마나 깊이 퍼지는지를 결정합니다.그러나 탄소가 고체강으로 깊이 확산되지 못함에 따라 경화 깊이는 궁극적으로 제한되며, 이 방법으로 표면 경화의 일반적인 깊이는 최대 1.5mm이다.탄소가 풍부한 환경에서 가열하는 것과 같은 다른 기술들도 현대 침탄에 사용된다.상업용 제품인 카세니트/카세나이트 또는 "체리 레드"와 같이, 토치에 의한 반복 가열과 탄소 농도가 높은 배지에서 담금질함으로써 소품목을 케이스 경화시킬 수 있다.이러한 화합물의 오래된 제제는 잠재적으로 독성이 있는 시안화합물을 포함하고 있는 반면, 체리 레드 같은 더 최근의 제제는 그렇지 않습니다.[3][4]
과정
화염 또는 유도 경화
화염 또는 유도 경화는 강철 표면이 매우 빠르게 고온으로 가열된 후(옥시 가스 화염의 직접 적용 또는 유도 가열에 의해) 일반적으로 물을 사용하여 빠르게 냉각되는 프로세스입니다. 이 과정에서 표면에 마르텐사이트가 "케이스"로 생성됩니다.이러한 유형의 경화에는 0.3~0.6 중량 % C의 탄소 함량이 필요합니다.다른 방법과는 달리 화염 또는 유도 경화는 재료의 화학적 구성을 변경하지 않습니다.국소적인 열처리 프로세스이기 때문에 일반적으로 담금질 경화에 충분히 반응하는 고탄소강에만 유용합니다.
일반적으로 잠금 장치의 걸쇠는 외층이 파일 내성을 갖도록 경화되어 있으며, 기계식 기어는 내구성과 치명적인 고장에 대한 저항성을 유지하기 위해 내구성이 요구되는 반면, 긴 수명을 유지하기 위해 단단한 기어 메쉬 표면이 필요합니다.화염 경화는 정의된 표면 영역에 대한 옥시 가스 불꽃의 직접 충돌 방식을 사용합니다.경화 공정의 결과는 다음 4가지 요인에 의해 제어됩니다.
- Flame Head 설계
- 가열 지속 시간
- 목표 온도에 도달합니다.
- 처리 중인 금속의 조성
침탄
침탄은 탄소 함량이 0.1~0.3 중량% C인 강철을 케이스 경화시키는 데 사용되는 공정입니다.이 공정에서 철은 고온의 탄소농축환경에 일정시간 도입된 후 구조물에 탄소가 잠기도록 담금질된다.가장 간단한 절차 중 하나는 연료농축염으로 아세틸렌 토치를 세팅한 부품을 가열하여 석유와 같은 탄소농축유체로 담금질하는 것이다.
침탄은 확산 제어 프로세스이므로 강철이 탄소 농도가 높은 환경에서 오래 유지될수록 탄소 침투율이 높아지고 탄소 함량이 높아집니다.침탄된 섹션은 화염 또는 유도 경화를 통해 다시 경화될 수 있을 정도로 탄소 함량이 높습니다.
동도금 등의 공정에 의해 나머지를 보호하거나 부품의 일부에만 침탄매체를 도포함으로써 부품의 일부만 침탄시킬 수 있다.
탄소는 고체, 액체 또는 기체 소스에서 나올 수 있습니다. 고체 소스에서 나오는 탄소를 팩 침탄이라고 합니다.저탄소강 부품을 탄소질 재료로 충전하여 일정 시간 가열하면 탄소가 바깥층으로 확산된다.몇 시간 동안 가열하면 약 1mm 두께의 고탄소층이 형성될 수 있습니다.
액체 침탄은 용해된 탄소 함유 물질(종종 금속 시안화물)의 욕조에 부품을 넣는 것을 포함합니다. 가스 침탄은 메탄이 풍부한 내부로 유지되는 용해로에 부품을 놓는 것을 포함합니다.
질화
질화 처리 시 암모니아 가스 및 해리성 암모니아 대기에서 강철 부품을 482–621°C(900–1,150°F)로 가열합니다.부품이 이 환경에서 보내는 시간은 케이스의 깊이를 결정합니다.경도는 질화물의 형성에 의해 달성된다.이 방법이 작동하려면 질화물 형성 요소가 있어야 합니다. 이러한 요소에는 크롬, 몰리브덴 및 알루미늄이 포함됩니다.이 공정의 장점은 왜곡이 거의 발생하지 않기 때문에 부품을 급랭, 담금질 및 가공한 후 케이스 경화시킬 수 있다는 것입니다.질화 후에는 담금이 발생하지 않습니다.
시안 처리
시안화는 빠르고 효율적인 케이스 경화 공정으로, 주로 저탄소강에 사용됩니다.이 부품을 시안화나트륨 수조에서 871~954°C(1600~1750°F)로 가열한 다음 물이나 기름에 담금질하여 잔류 시안화물을 제거합니다.
- 2NaCN + O2 → 2NaCNO
- 2NaCNO + O2 → NaCO23 + CO + N2
- 2CO → CO2 + C
이 공정은 침탄에 의해 생성된 것보다 단단한 얇고 단단한 셸(0.25~0.75mm, 0.01~0.03인치)을 생산하며, 몇 시간에 비해 20~30분 만에 완료할 수 있으므로 부품이 왜곡될 위험이 적습니다.일반적으로 볼트, 너트, 나사 및 소형 기어와 같은 작은 부품에 사용됩니다.시안화의 가장 큰 단점은 시안화염이 독성이라는 것이다.
카보니트라이딩
카본질라이딩은 시안화 나트륨 대신 암모니아와 탄화수소의 가스 분위기를 사용한다는 점을 제외하면 시안화물과 유사합니다.부품을 급랭해야 하는 경우에는 775–885°C(1,427–1,625°F)로 가열하고, 그렇지 않은 경우에는 649–788°C(1,200–1,450°F)로 가열합니다.
페라이트 니트로탄산염
페라이트 질화 탄소는 임계 온도인 약 650°C(1,202°F) 미만의 공작물의 경우 대부분 질소와 탄소를 확산시킵니다.임계 온도에서는 공작물의 미세 구조가 오스테나이트 상으로 변환되지 않고 페라이트 상으로 유지되므로 페라이트 질화탄화라고 합니다.
적용들
고압 및 급격한 충격에 노출되는 부품은 여전히 일반적으로 케이스 하드화됩니다.예를 들어 점화 핀과 라이플 볼트 면 또는 엔진 캠축이 있습니다.이 경우 경도가 필요한 표면은 선택적으로 경화되어 부품의 대부분이 원래 단단한 상태로 유지될 수 있습니다.
화기는 저탄소 합금에 가장 적합한 정밀 가공이 필요했지만 높은 탄소 합금의 경도와 내마모성이 필요했기 때문에 과거에는 케이스 경화 품목이었습니다.오래된 총기의 많은 현대식 복제품들, 특히 단발 리볼버들은 여전히 대소문자를 강화한 프레임이나 전통적인 숯과 골격에 의해 남겨진 얼룩무늬를 모방한 케이스 컬러링으로 만들어진다.
케이스 경화의 또 다른 일반적인 적용 방법은 나사, 특히 자기 드릴 나사입니다.나사가 강철과 같은 다른 재료를 천공, 절단 및 탭할 수 있도록 하려면 드릴 포인트와 성형 나사산이 드릴로 뚫는 재료보다 단단해야 합니다.그러나 나사 전체가 균일하게 단단하면 매우 부서지기 쉽고 깨지기 쉽습니다.이는 표면만 경화되고 코어는 상대적으로 부드러워져 부서지기 쉬운 상태를 유지함으로써 극복할 수 있습니다.나사 및 고정 장치의 경우 가열 후 담금질로 구성된 간단한 열처리를 통해 케이스 경화를 실현합니다.
도난 방지를 위해 잠금 걸쇠와 체인은 종종 케이스 경화되어 절단 저항성이 뛰어나지만 내부 충격에 대한 저항성은 낮습니다.케이스 경화 컴포넌트는 기계 가공이 어렵기 때문에 일반적으로 경화 전에 성형됩니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Ayres, Robert (1989). "Technological Transformations and Long Waves" (PDF): 12. Archived from the original (PDF) on 2012-03-01. Retrieved 2017-04-10.
{{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항journal=(도움말) - ^ Higgins, Raymond A. (1983). Part I: Applied Physical Metallurgy. Engineering Metallurgy (5th ed.). Hodder & Stoughton. p. 474. ISBN 0-340-28524-9.
- ^ Roy F. Dunlap (1963). Gunsmithing. Stackpole Books. ISBN 0-8117-0770-9.
- ^ 홈 차고에서의 케이스 강화 Hemmings 스포츠 & 이국적인 자동차 - 2006년 3월 1일 - 크레이그 피츠제럴드
외부 링크
- 대소문자 강화
- 강철 표면 경화
- 케이스 경화 강철 및 금속
- "MIL-S-6090A, Military Specification: Process for Steels Used In Aircraft Carburizing and Nitriding". United States Department of Defense. 7 June 1971. Archived from the original (PDF) on 29 August 2019. Retrieved 20 June 2012.
