ガス窒化 Nitreg® - Nitrex

- ガス窒化 Nitreg® -

ガス窒化 Nitreg®

NITREG®は最新の熱処理プロセスで、もともと塩浴、プラズマ、従来のガス窒化用に設定されていたすべての窒化の冶金要件を満たすことができます。表面の窒素濃度を制御する機能により、望ましい拡散ゾーンの開発とは別に、化合物層の成長を制御することができます。このアプローチは、仕様要件を満たすだけでなく、特に複合層の厚さや特性に関して、より厳しい公差を可能にすることで、仕様要件を改善することができます。

 

NITREG®の利点

  • 複合(白)層とその厚さと特性を制御
  • 拡散ゾーン内の閉じた窒化物ネットワークを解消
  • ケースの深さの優れた制御
  • 小さな穴、溝、鋭利なエッジでも均一に硬化
  • 表面硬度の優れた制御
  • パーツの歪みはありません
  • 非常に高いレベルのプロセス再現性
  • グリーンテクノロジー、廃棄物汚染なし

 

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窒化は、窒素原子を金属表面に拡散させるプロセスです。窒素は地球上には豊富に存在しますが、本質的には化学的に不活性で表面を貫通するには大きすぎる2原子分子として存在しています。そのため、窒化技術では窒素の発生源(原子)に着目しています。

窒化の主な目的は、窒素で構成部品の表面の硬度を高めることです。どのような方法であっても、窒素を金属に拡散し、個々の窒素原子が表面に浸透すると、温度が十分に高く、表面に新生窒素が新たに供給される限り、窒化は継続します。つまり、この拡散はすべての窒化で本質的に同じであり、その違いは窒素の供給にあり、結果として生じる表面特性に根本的な影響を与えます。

一般に、ステンレス鋼、鋳鉄、さらにはチタン合金を含むすべての鉄合金は、窒化できます。しかし、合金は表面条件、拡散の自然速度、窒化物を形成する傾向に関して独自の特性を持っています。したがって、正しく設定された窒化処理でも、異なる材料では大幅に異なる結果が生じることに留意する必要があります。そのため、特に方法論が欠けていたり、知識や経験が不十分であったりすると、特定のユーザーが困難に直面する可能性があります。

窒化鋼
AISIグレード UNIグレード 主な合金部品 コア硬度HV/HRC 表面硬度HV1
N135M 38CrAlMoA C=0.38 Cr=1.7 Mo=0.3 Al=1 350/36 1190-1290
ニトラロイN C=0.35 Cr=115 Ni=3.5 Mo=0.25 350/36 1100-1200
34CrAlNi7 C=0.42 Cr=3 Mo=1.2 V=0.20 350/36 1190-1290
42CrMoV12 42CrMoV12 C=0.42 Cr=3 Mo=1.2 V=0.20 490 / 48 1050-1150
31CrMo12 C=0.32 Cr=3 Mo=0.4 320 / 32 870-920
30CrMoV9 320 / 32C=0.30 Cr=2.5 Mo=0.2 V=0.15 320 / 32 900-930
25CrMo20 C=0.25 Cr=6 Mo=0.20 280 / 27 1000-1100
硬化可能な その他の合金鋼
AISIグレード UNIグレード 主な合金部品 コア硬度HV/HRC 表面硬度HV1
4130 30CrMo4 C=0.30 Cr=1 Mo=0.2 300 / 30 640 – 680
4140 42CrMo4 C=0.40 Cr=1 Mn=0.9 Mo=0.2 300 / 30 650 – 700
4340 C=0.40 Cr=0.8 Ni=1.8 Mo=0.25 310 / 31 650 – 700
30NiCrMo12 C=0.30 Cr=0.8 Ni=2.8 Mo=0.12 310 / 31 600 – 650
35NiCrMo15 C=0.35 Cr=1.7 Ni=3.8 Mo=0.15 330 / 33 800 – 850
炭素鋼
AISIグレード UNIグレード 主な合金部品 コア硬度HV/HRC 表面硬度HV1
1010 C10 C=0.10 Mn=0.50 160 320 – 380
1020 C20 C=0.20 Mn=0.50 180 320 – 380
1030 C30 C=0.30 Mn=0.7 180 380 – 420
1045 C45 C=0.45 Mn=0.7 200 420 – 470
1060 C60 C=0.60 Mn=0.7 250 / 22 525
合金鋼の浸炭
AISIグレード UNIグレード 主な合金部品 コア硬度HV/HRC 表面硬度HV1
5115 16MnCr5 C=015 Cr=0.8 Mn=0.9 180 660 – 720
20 MnCr5 C=0.20 Cr=1.15 Mn=1.3 240 / 21 750 – 800
8620 C=0.20 Cr=0.5 Ni=0.6 Mo=0.2 190 500 – 520

窒化物にさらされる表面は一般に2つの別々の層を形成します。外側の層は複合層(または白の層)と呼ばれ、その厚さは一般的に0~0.001″(25μm)になります。白い層の下に拡散ケースまたは拡散ゾーンがあります。どちらの層も、一般的にはケースと呼ばれるものを構成します。ただし、材料とその元の前工程の硬度によっては、これらの層の特性に大きな違いが生じます。

以下に示す2つのVickers硬度テストのくぼみの画像は、制御されたプロセスと制御されていないプロセスの違いを示しています。左側の試料は従来のプロセスで製造されており、表面の亀裂は脆性層を示しています。右側の試料はNitreg®プロセスの製品であり、同じ硬度にもかかわらず、亀裂は形成されていません。そのため、Nitreg®処理済みコンポーネントは、非常に堅牢な複合層でより高い弾力性を備えています。

このような優れた結果を得るには、基板の窒素濃度を制御する必要があります。また、最新のアプローチは窒化ポテンシャル(KN)を制御することです。窒化ポテンシャル(KN)、温度、時間を結びつける原理を適切に理解し、適用することが、Nitreg® テクノロジーの基礎となります。さまざまな白い層/拡散ケースの組み合わせを作成する機能の例を、次の表窒化ケースの組み合わせ(PDF)に示します。

例えば、AMS 2759/10規格で見られるように、窒化ポテンシャルを制御する能力は徐々に要件となってきています。

結論として、Nitreg®は最新のプロセスであり、塩浴、プラズマ、または従来のガス窒化用に作成された可能性のあるすべての窒化仕様の冶金学的要件を満たすことができます。

プロパティ/フ機能 NITREG®制御窒化 従来のガス 塩浴 プラズマ(イオン)
クリーニング(前) 清潔 清潔 比較的清潔 とても清潔
クリーニング(後) 不要 不要 強く必要 不要
加熱時間 ショート ショート 非常に短い 長い
部品の位置決め シンプル シンプル シンプル 非常に複雑/スキルと経験が必要
ステンレスス鋼窒化 可能 不可能 可能 可能
装置の操作 非常にシンプル/完全に自動化 比較的単純 シンプル 非常に複雑/高度なスキルが必要
温度制御/均一性 優れている 良い 良い 困難/不十分/オーバーヒートの可能性
窒化ポテンシャルの制御 あり なし なし なし
εとγ’の%の制御 可能 なし なし 可能
白い層のない窒化 可能 なし なし 可能
多孔性制御 可能 なし なし 可能
結果の再現性 優れている(負荷に関係なく) 可能(反復荷重のみ) 可能(反復荷重のみ) 可能(反復荷重のみ)
機器のメンテナンス シンプル 比較的複雑 複雑 非常に複雑
汚染の程度 非常に低い 高い 非常に高い 非常に低い
パンフレット