窒化    (ちっか)     [t06]

表面層に窒素を拡散浸透させて表面を硬化させる処理。

ガス窒化、プラズマ窒化、真空窒化、軟窒化、液体窒化などいろいろな種類・方法があります。
熱処理の条件によって長寿命化できることもあって、独自の処理名をつけている会社も多いようです。
当社も、DS(ディーエス)ハードと称する複合表面処理を行っています。
(この項目は、紙面の関係で、簡単な説明だけしかしていません)

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鋼についての表面硬化は、浸炭焼入れ、高周波焼入れなどがありますが、窒化は、通常の全体熱処理をしてから表面を研削などで仕上げた状態で、再度に行う熱処理です。

窒化によって高い表面硬さを得るためには、Al,Cr,Ti,V,Mnなどを含む鋼が用いられます。SACM645という窒化鋼のほかに、これらの元素を含むダイス鋼なども用いられます。

処理温度は500~600℃程度のために、事前の焼入れ焼戻しでは、窒化処理温度以上の焼戻しをしたものに窒化します。

窒化によって表面の硬さは焼入れによる硬化をはるかにしのぎ、SACM645では1100HV程度の硬さになります。

また、処理温度が500℃以上であれば、浸炭や高周波によるマルテンサイトによる硬化とは異なり、焼戻し温度近くまでの表面硬さが落ちにくいという特徴(耐熱性)があるといえます。

ただ、浸炭や高周波焼入れでは、1mm以上の硬化層がえられるのに対して、窒化では0.1程度の浅い硬化層しか得られません。
(注)この説明はイメージ的で、窒化の方法、鋼種、処理温度、処理時間で変わります。ここでは紙面の関係があり、詳しい説明はしませんので、書籍等を参考にしてください。

窒化した品物の寿命などの効果については、単に硬化深さだけによるものではなく、その窒化深さや窒化したときに生じる硬化層の性状などによって効果(品物の寿命)は変わります。

そのため、窒化の状態を表現する際には、表面の「化合物層(外部窒化層)」と「拡散層(内部窒化層)」について、断面硬さ推移や顕微鏡組織から、その良否などについて説明されることも多いようです。

たとえば、化合物層は顕微鏡で見ると腐食しにくく白く見えることから「白層」とも呼ばれますが、一般的には脆いために、これを現出させない様にして硬化深さを調節する方法などで処理の条件などが検討されます。

軟窒化は窒素とともに炭素を浸透させる処理ですが、ガス窒化などの窒素だけに比べると、硬化層は薄いものの、製品寿命を増大させる様々な特徴があります。

このほかにも、窒化層や化合物層を多層化することなどで、複合的な表面処理などもあって、製品の寿命を長寿命化させる処理や研究もたくさんあります。



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