浸炭炉
浸炭炉とは
浸炭炉は、低炭素鋼の表面に高炭素の層を形成する熱処理方法です。低炭素鋼が高温になるとオーステナイト組織(※)に変化し、浸炭性ガスと接触することで、炭素が鋼の表面から内部へと浸透し拡散します。これにより、鋼の内部は低炭素状態を保ちつつ、高炭素の表面層を形成できます。
浸炭処理の後には、必ず焼入れを行ってください。
浸炭処理の方法には液体浸炭、ガス浸炭、真空浸炭、プラズマ浸炭などがあります。中でもガス浸炭を用いた処理が一般的です。鋼鉄を熱処理するためには、炉内の空気を排除してガスに置換する必要があります。このようなガスは雰囲気ガスと呼ばれ、雰囲気ガスで炉内の空気を置換した浸炭炉は雰囲気ガス炉といいます。雰囲気ガスの種類は次のとおりです。
- 不活性ガス：アルゴン、ヘリウム
- 中性ガス：窒素、水素、アンモニア分解ガス
- 酸化性ガス：酸素、水蒸気、炭酸ガス
- 還元性ガス：水素
- 浸炭ガス：一酸化炭素、短酸水素ガス、都市ガス、アルコールやエーデルの分解ガス
- 窒化ガス：アンモニアガス、窒素
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浸炭炉の目的
金属疲労が発生すると鋼材の表面に亀裂が生じ、最終的には鋼材が壊れてしまう恐れがあります。浸炭炉の目的は、金属の表面層における炭素含有率を0.7％～0.9％に調整して焼入れを行うことによって、材料の組織をマルテンサイトに変化させ、硬度と引張強度を向上させることです。浸炭処理を施すことによって、金属の疲労強度と耐摩耗性が強化されます。
浸炭炉に分類される炉の種類
浸炭炉は種類が豊富です。炭素源はそれぞれの処理方法によって変わります。
ガス浸炭はメタノールや炭化水素ガスを、液体浸炭はシアン化ナトリウム溶融塩、真空浸炭はプラズマ浸炭の場合炭化水素ガスを、浸炭窒化処理の場合には炭化水素ガスとアンモニアを使います。
- ガス浸炭焼入れ：鋼材の炭素濃度の調整
- ガス浸炭窒化焼入れ：低炭素鋼や低合金鋼など、合金成分の少ない鋼材の処理
- 液体浸炭（ソルト浸炭焼入れ）：均一で歪みが少ない浸炭処理
- 真空浸炭：表面酸化物の除去
- 浸炭窒化炉：低炭素鋼、快削鋼および低合金鋼の加工
浸炭炉での加工が向いている製品
- 肌焼き鋼
- 低炭素鋼
- 快削鋼
まとめ
浸炭炉は低炭素鋼の表面に高炭素の層を形成する熱処理方法です。鋼の内部は低炭素状態を保ちつつ、高炭素の表面層を形成。金属の表面層における炭素含有率を調整し、材料の組織をマルテンサイトに変化させることで、鋼材の強度を向上させます。
浸炭炉には、ガス浸炭焼入れ、ガス浸炭窒化焼入れ、液体浸炭、真空浸炭、浸炭窒化炉などの種類があり、肌焼き鋼、低炭素鋼、快削鋼などの加工に用いられます。
炉の熱源は主にガスや電気が使われていますが、場合によってはよりエコな電気炉に変えることが可能です。熱処理炉メーカーに一度相談してみると良いでしょう。
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