鋼鋳物の化学熱処理

鋼鋳物の化学的熱処理とは、鋳物を特定の温度の活性媒体中に入れて保温することで、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です。化学熱処理は、鋳物の表面の化学組成、金属組織、および機械的特性を変化させ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、ホウ素化、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、鋳物の形状、大きさ、表面状態、表面熱処理を総合的に考慮する必要があります。

 

1. 浸炭

浸炭とは、浸炭媒体中で鋳物を加熱および断熱し、その後、炭素原子を表面に浸透させることを指します。浸炭の主な目的は、鋳物に特定の炭素含有量勾配を形成しながら、鋳物の表面の炭素含有量を増やすことです。浸炭鋼の炭素含有量は、鋳造のコアに十分な靭性と強度を確保するために、一般に0.1％〜0.25％です。

浸炭層の表面硬度は、一般的に56HRC～63HRCです。浸炭層の金属組織は、微細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す。ネットワーク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一般に 15% ～ 20% を超えません。

浸炭後の鋳物の芯の硬さは、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下部ベイナイトでなければなりません。粒界に沿って塊状または析出したフェライトを持つことは許されません。

実際の生産では、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭の3つの一般的な浸炭方法があります。

2.窒化

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。窒化は一般にAc1温度以下で行われ、主な目的は鋳肌の硬さ、耐摩耗性、疲労強度、耐焼付き性、耐大気腐食性を向上させることです。鋼鋳物の窒化は、一般に 480°C ～ 580°C で行われます。低合金鋼、ステンレス鋼、熱間金型工具鋼など、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、およびタングステンを含む鋳物は、窒化に適しています。

鋳物のコアが必要な機械的特性と金属組織を備えていることを確認し、窒化後の変形を減らすために、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、窒化前に焼入れ焼戻し処理が必要です。窒化処理時に歪みやすい鋳物は、焼入れ焼戻し後に歪取焼鈍処理も必要です。ステンレス鋼および耐熱鋼の鋳物は、一般に構造と強度を向上させるために焼き入れと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、溶体化熱処理を使用できます。