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4.3 침질탄화 (Nitrocarburizing)
침질탄화는 강철 부품의 표면에 탄소와 질소를 동시에 침투시켜 표면 경도, 마모 저항성, 그리고 피로 강도를 향상시키는 열처리 공정입니다. 이 방법은 질화와 비슷하지만, 탄소의 추가로 인해 표면층의 특성이 다르게 조성됩니다. 침질탄화는 자동차, 기계, 항공우주 산업 등에서 광범위하게 사용되며, 부품의 수명을 연장하고 전반적인 성능을 향상시키기 위해 적용됩니다.
1: 침질탄화의 원리
침질탄화 과정에서는 강철 부품을 탄소와 질소가 풍부한 환경에서 가열하여, 두 원소가 강철 표면으로 확산되도록 합니다. 이 확산으로 인해 표면층에 탄소질소 화합물이 형성되며, 이 화합물은 표면의 경도를 크게 증가시키고, 마모 저항성과 피로 강도를 향상시킵니다.
2: 침질탄화 과정
- 가열: 부품을 550°C에서 570°C(1022°F에서 1058°F) 사이의 온도로 가열합니다. 이 온도는 질화 과정보다 약간 높으며, 탄소와 질소의 동시 확산을 촉진합니다.
- 침질탄화: 가열된 부품을 탄소와 질소가 풍부한 환경(가스 또는 액체)에 노출시켜, 원소들이 표면으로 확산되도록 합니다.
- 냉각: 처리된 부품을 냉각시켜, 표면 경화층을 확정짓습니다. 냉각 방법은 부품의 종류와 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다.
3: 침질탄화의 장점
- 향상된 마모 저항성: 탄소와 질소의 동시 침투로 인해 표면 경도가 크게 증가합니다.
- 높은 피로 강도: 부품의 표면 경화는 피로 강도를 향상시켜, 반복적인 하중에 대한 저항력을 개선합니다.
- 치수 안정성: 낮은 온도에서 처리되므로 치수 변화가 적고, 정밀 부품에 적합합니다.
- 내식성 향상: 표면층의 화학적 조성 변화로 인해 내식성이 증가합니다.
4: 응용 분야
- 자동차 부품: 크랭크샤프트, 캠샤프트, 기어, 베어링 등의 자동차 부품 경화에 활용됩니다.
- 기계 부품: 고마모 환경에서 사용되는 다양한 기계 부품의 성능 향상을 위해 사용됩니다.
- 항공우주 부품: 항공기의 착륙 장치 및 엔진 부품의 표면 경도와 마모 저항성을 개선하기 위해 적용됩니다.
침질탄화 공정은 표면 경도와 마모 저항성을 크게 향상시킬 수 있어, 부품의 수명 연장과 성능 개선에 중요한 역할을 합니다. 특히, 고경도와 우수한 마모 저항성이 요구되는 부품에 대한 열처리에 적합한 방법입니다.
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