침탄은 탄소가 풍부한 환경에서 금속(일반적으로 강철)을 가열하여 금속 표면에 탄소를 도입하는 열처리 공정입니다. 이 공정은 금속의 녹는점 이하에서 진행되어 탄소가 표면으로 확산되어 더 단단하고 내마모성이 강한 층을 만들 수 있습니다. 침탄의 주요 목적은 금속의 기계적 특성, 특히 내마모성과 피로 강도를 향상시키는 것입니다.
프로세스 세부 사항:
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가열 및 탄소 노출: 금속은 일반적으로 녹는점보다 낮지만 표면으로 탄소가 쉽게 확산될 수 있을 만큼 높은 1200F~1600F 사이의 온도로 가열됩니다. 이러한 가열은 산화를 방지하고 탄소 전위를 정밀하게 제어하기 위해 흡열로와 같은 제어된 분위기에서 이루어지는 경우가 많습니다.
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제어된 분위기: 열처리 공정에서는 정확한 탄소 전위를 유지하는 것이 매우 중요합니다. 금속이 오스테나이트 상에 도달하면 탄소 전위 설정값이 강철의 탄소 성분과 일치해야 합니다. 설정점이 너무 낮으면 표면이 탈탄되어 탄소가 손실되고 잠재적으로 스케일링이 발생할 수 있습니다.
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제어 분위기 침탄의 장점: 이 방법을 사용하면 부품 표면의 탄소 함량을 정밀하게 제어할 수 있어 고품질의 침탄층을 만드는 데 필수적입니다. 또한 탈탄 방지, 내마모성 및 피로 강도 향상에 도움이 되며 액체 침탄과 같은 기존 방법보다 환경 친화적일 수 있습니다.
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딥 카부라이징: 기존의 침탄은 약 3.5mm의 깊이를 구현할 수 있었습니다. 하지만 진공 침탄과 같은 발전된 기술을 통해 최대 7mm의 깊이를 구현할 수 있습니다. 이는 표면 탄소 전위가 더 높고 탄소 확산을 가속화하는 농도 구배가 더 크기 때문입니다.
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재침탄: 탈탄 처리된 부품은 표면 탄소 전위를 제어하여 재침탄할 수 있습니다. 이는 탄소강뿐만 아니라 다이강 및 고속강에도 효과적입니다.
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응용 분야 및 재료: 침탄은 저탄소강(탄소 함량 0.05%~0.3%)에 특히 효과적이며 내구성, 내마모성, 피로 강도 개선이 필요한 부품에 사용됩니다. 일반적으로 처리되는 소재로는 스틸 12L14, 스틸 1018, 스틸 8620 등이 있습니다.
결론
침탄은 금속, 특히 강철의 열처리에서 표면 특성을 크게 향상시키는 중요한 공정입니다. 침탄은 가열 환경과 탄소 확산을 신중하게 제어함으로써 저탄소 강재를 높은 표면 경도와 우수한 기계적 특성을 가진 재료로 변환하여 다양한 까다로운 응용 분야에 적합하게 만들 수 있습니다.
