침탄열처리의 원리, 조건

1. 침탄이란?

  : 절삭이 용이한 저탄소강을(연질재) 이용하여 가공 후 표면에서 탄소를 확산시켜 표면에 고탄소의 합금층을 만듬, 탄소를 침투시킴으로 내마모성, 내구성, 인성을 개선함

 

 

2. 침탄열처리 원리

  : 탄소 함유량이 0.2%이하 미만인 저탄소강, 또는 저탄소합금강을 침탄제속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 표면에 탄소를 침입, 확산시켜 표면층만을 고탄소 조직으로 만듬. 침탄 후 담금질 처리하면 표면의 침탄층은 마르텐사이트 조직으로 경화되어 경도가 강하고 중심부는 저탄소강 성질 그대로를 가지고 있어 이중 조직이 됨 -> 표면이 단단하기 때문에 내마멸성을 가지게 되며, 재료의 중심부는 저탄소강이기 때문에 인성을 가지게 됨.

 

 

침탄열처리 공정

 

 

3. 가스침탄 열처리 이론

저탄소강의 표면에 탄소(C)를 침입확산시키는 처리를 침탄(浸炭, carburizing)이라고 한다.

침탄후에 퀜칭.템퍼링처리하면 고탄소의 표면층만 경화되므로 내마모성이 큰 표면층과

인성이 큰 중심부를 갖는 침탄부품이 얻어진다.

이 침탄법에는 침탄처리에 사용되는 침탄제(浸炭劑, carburizing agent)의 종류에 따라 고체침탄,

액체침탄 및 가스침탄 등으로 분류된다.

(1) 침탄기구

침탄로 안에 있던 산소가 탄소공급원인 침탄제와 반응하여 이산화탄소(CO2)로 된다. 즉,

C + O2 -----------→ CO2 (5.2)

이 CO2는 다시 탄소와 반응해서 일산화탄소(CO)를 발생시킨다. 즉,

C + CO2 ----------→ 2CO (5.3)

이 CO가 강재 표면에서 이산화탄소(CO2)와 탄소(C)로 분해되어 탄소(C)를 석출한다. 즉,

2CO ----------→ [C] + CO2 (5.4)

이 [C]는 보통의 탄소와는 다른 것으로서, 활성이 있기 때문에 활성탄소(活性炭素) 또는

발생기 탄소(發生期炭素)라고 부른다.

여기서는 보통의 탄소와 구별하기 위해서 [C]로 표시하였다.

결국 이 [C]가 강재 표면에 침입확산하여 침탄층을 형성하게 되는 것이다.

위의 마지막 반응에서 형성된 CO2는 다시 침탄제와 반응해서 CO가 되고, 또 CO는 분해되어

탄소가 석출시켜서 침탄되는 이러한 반응이 반복적으로 일어나므로 침탄이 계속되는 것이다.