鋳鋼の化学熱処理

鋼鋳物の化学的熱処理とは、保温のために鋳物を一定温度の活性媒体中に置き、1 つまたは複数の化学元素が表面に浸透できるようにすることを指します。化学的熱処理により、鋳物の表面の化学組成、金属組織、機械的特性が変化する可能性があります。一般的に使用される化学熱処理プロセスには、浸炭、窒化、浸炭窒化、ホウ化および金属化が含まれます。鋳物に化学熱処理を施す場合には、鋳物の形状、大きさ、表面状態、表面熱処理等を総合的に考慮する必要があります。

 

1.浸炭処理

浸炭とは、鋳物を浸炭媒体中で加熱および絶縁し、その後表面に炭素原子を浸透させることを指します。浸炭の主な目的は、鋳物内に一定の炭素含有量の勾配を形成しながら、鋳物の表面の炭素含有量を増加させることです。浸炭鋼の炭素含有量は、鋳物の中心部に十分な靭性と強度を確保するために、通常 0.1% ～ 0.25% です。

浸炭層の表面硬さは一般的に56HRC～63HRCです。浸炭層の金属組織は微細な針状マルテンサイト＋少量の残留オーステナイトと均一に分布した粒状炭化物である。ネットワーク状炭化物は許可されておらず、残留オーステナイトの体積分率は通常 15% ～ 20% を超えません。

浸炭後の鋳物の中心硬度は、一般的に30HRC〜45HRCです。コアの金属組織は低炭素マルテンサイトまたは低位ベイナイトである必要があります。粒界に沿って塊状または析出したフェライトが存在することは許可されません。

実際の浸炭方法としては、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭の3つが一般的です。

2.窒化処理

窒化とは、鋳物の表面に窒素原子を浸透させる熱処理プロセスを指します。窒化処理は一般にAc1温度以下で行われ、主な目的は鋳肌の硬度、耐摩耗性、疲労強度、耐焼付性、耐大気腐食性を向上させることです。鋳鋼の窒化は一般に480℃～580℃で行われます。窒化処理に適しているのは、低合金鋼、ステンレス鋼、熱間工具鋼などのアルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、タングステンを含む鋳物です。

鋳物の中子に必要な機械的性質と金属組織を確保し、窒化後の変形を軽減するために、窒化前の前処理が必要です。構造用鋼の場合、均一で微細な焼戻しソルバイト組織を得るために、窒化の前に焼入れおよび焼戻し処理が必要です。窒化処理時に歪みやすい鋳物については、焼入れ・焼戻し後に歪取り焼鈍処理も必要です。ステンレス鋼および耐熱鋼鋳物の場合、一般に構造と強度を向上させるために焼き入れおよび焼き戻しを行うことができます。オーステナイト系ステンレス鋼の場合、溶体化熱処理が可能です。