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4.2 질화 (Nitriding)
질화 공정은 강철 부품의 표면에 질소를 침투시켜 경도, 마모 저항성, 그리고 피로 강도를 향상시키는 열처리 방법입니다. 이 방법은 주로 특수강 또는 합금강에 적용되며, 침탄에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 수행됩니다. 질화 처리된 부품은 치수 변화가 적고, 표면의 미세한 경화층으로 인해 우수한 성능을 나타냅니다.
1: 질화의 원리
질화는 강철 부품을 질소가 풍부한 환경에서 가열할 때 발생합니다. 가열 과정에서 질소 원자가 강철 표면으로 확산하여 질소와 철의 화합물(예: 아이언 나이트라이드)을 형성합니다. 이 화합물은 표면 경도를 크게 향상시키며, 내부 구조의 연성은 유지됩니다.
2: 질화 과정
- 가열: 부품을 500°C에서 550°C(932°F에서 1022°F) 사이의 상대적으로 낮은 온도로 가열합니다.
- 질화: 암모니아 가스(NH₃)와 같은 질소 함유 화합물을 가열 환경에 도입하여 부품 표면에 질소가 침투하도록 합니다.
- 냉각: 질화 처리된 부품을 냉각시켜, 표면 경화층을 확정짓습니다.
3: 질화의 장점
- 치수 안정성: 질화 과정에서 발생하는 치수 변화가 매우 적어, 정밀 부품 처리에 적합합니다.
- 고경도 표면: 매우 얇지만 고경도의 표면층 형성으로 우수한 마모 저항성을 제공합니다.
- 내식성 향상: 질화층은 부품의 내식성을 높이는 데도 기여합니다.
- 열처리 온도가 낮음: 상대적으로 낮은 온도에서 처리되므로 에너지 효율이 높고, 재료의 열 변형이 적습니다.
4: 응용 분야
- 자동차 산업: 크랭크샤프트, 캠샤프트, 기어, 베어링 등과 같이 내마모성이 중요한 부품에 사용됩니다.
- 항공우주: 항공기의 엔진 부품, 착륙 장치 부품 등 고온 환경에서도 성능을 유지해야 하는 부품에 적용됩니다.
- 정밀 기계 부품: 고경도와 정밀한 치수 안정성이 요구되는 다양한 기계 부품의 표면 처리에 활용됩니다.
질화 공정은 특히 정밀 부품의 성능 향상을 위한 중요한 열처리 방법으로, 부품의 수명 연장과 성능 개선에 핵심적인 역할을 합니다. 이 공정을 통해 처리된 부품은 우수한 마모 저항성과 향상된 피로 강도를 보이며, 다양한 산업 분야에서 높은 가치를 제공합니다.
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