질화 마감: 강철 경화 가이드

질화 마감은 금속 부품을 처리하는 특별한 방법입니다. 금속 부품을 매우 단단하고 튼튼하게 만들어 오래 사용할 수 있도록 도와줍니다. 금속 부품에 강력한 갑옷을 입힌다고 생각하면 됩니다. 이 갑옷은 긁힘, 마모, 녹슬지 않도록 막아줍니다. 튼튼해야 하는 금속 부품을 다루는 작업자라면 이 글이 도움이 될 것입니다. 질화 공정에 대해 쉽게 설명해 드리겠습니다. 어떻게 작동하는지, 왜 좋은지, 더 나은 제품을 만드는 데 어떻게 도움이 되는지 배우게 될 것입니다.

질화 공정이란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

질화 공정은 일종의 열처리입니다. 강철 및 기타 철 금속을 경화시키는 데 사용되는 표면 처리 공정입니다. 주요 아이디어는 금속 부품의 외부에 질소를 넣는 것입니다. 질소가 많은 특수한 장소에서 공작물을 가열하여 이를 수행합니다. 질소가 금속에 스며듭니다. 이를 확산이라고 합니다. 이 과정을 통해 매우 단단한 외층이 만들어집니다.

이 외층은 질화물 침전물이라고 하는 작고 단단한 조각으로 채워져 있습니다. 이것은 표면을 매우 매우 단단하게 만듭니다. 침탄과 같은 다른 금속 경화 방법과는 다릅니다. 질화 공정은 더 낮은 온도에서 이루어집니다. 이는 부품이 구부러지거나 모양이 많이 변하지 않는다는 것을 의미하므로 매우 좋은 점입니다. 뒤틀림이 거의 없으므로 부품이 정확한 크기를 유지합니다. 질화 공정은 고열 사용으로 인한 문제 없이 부품을 더 강하게 만들 수 있는 훌륭한 방법입니다.

질화 처리로 녹을 방지하는 것이 중요한 이유는 무엇인가요?

질화 처리의 가장 좋은 점 중 하나는 부품에 뛰어난 내식성을 부여한다는 점입니다. 즉, 녹을 방지하는 데 도움이 됩니다. 부품이 질화 처리되면 맨 위에 특수한 층이 만들어집니다. 이를 컴파운드 레이어라고 합니다. 이 층은 일반적으로 질화철로 만들어집니다. 튼튼한 벽처럼 작동합니다. 이 벽은 공기와 물이 밑의 금속에 닿는 것을 막아줍니다. 이는 녹 및 기타 종류의 마모와 부식을 방지하는 데 도움이 됩니다.

많은 부품에서 내식성이 좋다는 것은 단단한 것만큼이나 중요합니다. 예를 들어 총기 부품이나 습한 환경에서 사용되는 부품을 생각해 보세요. 질화 처리로 인한 내식성은 이러한 부품의 수명이 훨씬 더 길어진다는 것을 의미합니다. 이미 녹에 잘 견디는 스테인리스 스틸과 같은 금속의 경우에도 질화 처리를 하면 내식성이 더욱 향상될 수 있습니다. 질화물 층은 마모에 대한 저항력을 향상시키고 부품을 손상으로부터 안전하게 보호합니다. 이러한 추가적인 내식성은 매우 중요한 이점입니다.

질화에 적합한 공정 온도는 얼마입니까?

질화를 위한 공정 온도는 매우 중요한 문제입니다. 일반적으로 400°C ~ 575°C(750°F ~ 1065°F) 사이의 열에서 이루어집니다. 이 온도는 매우 신중하게 선택됩니다. 질소 확산이 작동할 수 있을 만큼 충분히 뜨거워야 합니다. 하지만 너무 뜨거워서는 안 됩니다. 공정 온도가 너무 높아지면 부품 내부가 약해질 수 있습니다. 부품이 이전 열처리 단계에서 얻은 강도를 엉망으로 만들 수 있습니다.

낮은 공정 온도는 질화 처리의 큰 장점입니다. 침탄과 같은 다른 금속 경화 방법은 훨씬 더 높은 온도를 사용합니다. 이렇게 높은 열은 공작물을 구부리거나 모양을 변형시킬 수 있습니다. 질화를 사용하면 뒤틀림이 거의 없습니다. 즉, 처리 후 부품을 고정하는 데 필요한 작업이 줄어듭니다. 공작물의 크기와 모양이 그대로 유지됩니다. 따라서 많은 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

질화는 부품의 표면 마감을 어떻게 변화시키나요?

질화 후 부품의 표면 마감은 일반적으로 매우 멋지고 매끈합니다. 이 공정은 낮은 열을 사용하기 때문에 표면 마감이 거칠어지지 않습니다. 대부분의 경우 부품을 용광로에서 꺼내자마자 바로 사용할 수 있습니다. 큰 연마나 연삭 작업이 필요하지 않은 경우가 많습니다. 표면이 거칠어질 수 있는 다른 열처리 방법을 고려할 때 이는 대단한 장점입니다.

때로는 표면에 짙은 회색 또는 검은색의 매우 얇은 층이 나타날 수 있습니다. 이것은 산화물 층입니다. 질화 침탄 공정과 같은 일부 종류의 질화 공정에서 종종 발생합니다. 이 산화물 층은 사실 좋은 점입니다. 내식성을 더욱 향상시킬 수 있기 때문입니다. 또한 부품이 쉽게 미끄러지고 마찰을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 매우 밝고 반짝이는 표면 마감이 필요한 경우 소량의 연마를 할 수 있습니다. 하지만 연마를 많이 해서는 안 됩니다. 연마를 심하게 하면 경질화 층이 벗겨질 수 있습니다.

질화 후 부품을 템퍼링해야 하나요?

아주 좋은 질문입니다. 정답은 '아니요, 부품을 템퍼링하지 않습니다. 이후 질화합니다. 부품을 경화시켜 최종 성질을 만들어야 합니다. 전에 질화 공정이 시작됩니다. 템퍼링 단계는 부품 내부에 적절한 강도와 인성을 부여합니다. 최종 템퍼링 온도가 질화에 사용되는 온도보다 높은 것이 매우 중요합니다. 최소 30°C(50°F) 이상 높아야 합니다.

이것이 왜 그렇게 중요한가요? 최종 성질 온도보다 더 높은 온도에서 부품을 질화하면 금속 내부가 부드러워집니다. 그러면 전체 부품이 훨씬 약해집니다. 따라서 기억해야 할 규칙은 항상 먼저 경화 및 템퍼링하는 것입니다. 이렇게 하면 합금의 내부가 튼튼하게 유지되고 외부 표면이 매우 단단해집니다. 질화하기 전에 템퍼링을 잘하는 것이 훌륭한 부품의 비결입니다.

질화에서 케이스 깊이를 어떻게 제어할 수 있나요?

케이스 깊이는 경도가 부품 표면으로 얼마나 깊숙이 들어가는지 알려줍니다. 질화에서는 크게 두 가지 방법으로 케이스 깊이를 변경할 수 있습니다. 첫 번째는 부품이 퍼니스에 머무는 시간입니다. 두 번째는 퍼니스의 온도입니다. 부품이 더 오래 처리될수록 질소가 금속에 더 깊숙이 들어갑니다. 이렇게 하면 케이스 깊이가 더 깊어집니다.

케이스가 깊을수록 부품의 피로 강도가 향상될 수 있습니다. 이는 크랭크축이나 기어와 같이 많은 스트레스를 받는 부품에 중요합니다. 하지만 이 과정은 많은 시간이 걸린다는 것을 알아야 합니다. 깊은 케이스를 얻는 것은 매우 느릴 수 있으며 때로는 80시간 이상 걸릴 수도 있습니다. 부품을 설계하는 사람들은 부품이 수행해야 하는 작업에 적합한 케이스 깊이를 결정합니다. 많은 작업의 경우 얇은 케이스만 있으면 뛰어난 내마모성을 얻을 수 있습니다.

공정 전 표면 상태는 어떤 상태여야 하나요?

용광로에 넣기 전 부품의 표면 상태는 매우 중요합니다. 표면이 완전히 깨끗해야 합니다. 기름, 그리스, 먼지, 녹이 묻어 있으면 안 됩니다. 표면에 먼지가 남아 있으면 질소가 금속으로 들어가는 것을 막을 수 있습니다. 이로 인해 연약한 부분이 발생하고 공정이 제대로 작동하지 않습니다.

또한 표면에는 이전에 수행한 다른 작업의 레이어가 있어서는 안 됩니다. 예를 들어 다음과 같은 작업 중에 표면이 손상될 수 있습니다. CNC 가공. 이 경우 새롭고 깨끗한 금속을 얻으려면 약간의 연마나 광택을 통해 일부 재료를 제거해야 합니다. 스테인리스 스틸의 경우 더욱 그렇습니다. 스테인리스 스틸에는 눈에 보이지 않는 자연스러운 층이 있습니다. 이것은 산화물 층으로 금속을 보호하는 역할을 합니다. 이 층은 질화 공정 직전에 제거해야 합니다. 이 층을 제거하지 않으면 질소가 금속에 들어갈 수 없습니다. 깨끗한 표면은 좋은 질화 부품을 위한 첫 번째 단계입니다.

질화에는 어떤 종류가 있나요?

질화에는 크게 세 가지 종류가 있습니다. 각각 조금씩 다릅니다. 각기 다른 종류의 작업에 적합합니다.

가스 질화: 가장 자주 볼 수 있는 유형입니다. 가스 질화의 경우, 공작물을 밀폐된 용광로에 넣습니다. 그런 다음 특수 가스를 퍼니스에 펌핑합니다. 이것은 일반적으로 뜨거운 암모니아 가스입니다. 암모니아 가스는 뜨거운 금속 표면에서 분해되어 질소를 방출합니다. 그러면 이 질소가 강철로 들어갑니다. 가스 흐름을 매우 면밀히 관찰해야 합니다. 가스 질화는 한 번에 많은 부품을 가공할 때 좋은 선택입니다.
염욕 질화: 염수욕 질화에서는 부품을 뜨거운 액체 소금 통에 넣습니다. 이 소금에는 많은 질소와 약간의 탄소가 포함되어 있습니다. 이를 액체 질화라고도 합니다. 염욕 질화는 매우 빠릅니다. 부품에 뛰어난 내마모성과 내식성을 제공합니다. 질화 침탄이라는 특수한 종류의 질화에 자주 사용됩니다.
플라즈마 질화: 가장 최신의 방법입니다. 플라즈마 질화에서는 부품을 진공 용광로 안에 넣습니다. 그런 다음 용광로는 질소와 수소와 같은 특수 가스의 혼합물로 채워집니다. 그 후 전기장을 사용하여 가스가 마치 화려한 간판처럼 빛을 발하도록 합니다. 이 빛나는 가스를 플라즈마라고 합니다. 플라즈마에는 질소 이온이 포함되어 있습니다. 이 이온은 부품의 표면으로 발사됩니다. 플라즈마 질화는 전체 공정을 가장 잘 제어할 수 있습니다. 필요한 경우 순수 질소 가스를 사용할 수 있습니다. 플라즈마는 표면을 깨끗하게 하고 거친 산화물 층을 제거하기 때문에 스테인리스 스틸에 적합한 선택입니다.

Here is a simple table to show how they are different:

기능	가스 질화	소금물 질화	플라즈마 질화
작동 방식	뜨거운 암모니아 가스	뜨거운 액체 소금 목욕	빛나는 플라즈마 가스
속도	느림에서 중간	매우 빠름	중간에서 빠름
최상의 대상	한 번에 많은 부품, 저합금강	작은 부품, 높은 마모 요구 사항	스테인리스 스틸, 고가의 부품
제어	Good	Okay	The Best

질화로 경화할 수 있는 재료의 종류는 무엇인가요?

질화는 특정 종류의 강철에 가장 적합합니다. 모든 금속에 적용되지는 않습니다. 가장 좋은 재료는 특수 합금 원소가 혼합된 합금강입니다. 이를 질화물 형성 원소라고 합니다. 이 원소들은 질소를 잘 붙잡아 우리가 원하는 초경량 질화물 비트를 만드는 데 매우 효과적입니다. 이 작업에 가장 적합한 원소는 알루미늄, 크롬, 몰리브덴입니다.

질화에 좋은 재료는 다음과 같습니다:

크롬과 몰리브덴이 함유된 저합금강. 질화 부품에 자주 사용됩니다.
H13과 같은 공구강은 질화 처리되는 경우가 많습니다. 압출 금형과 같은 것을 만드는 데 사용됩니다.
스테인리스 스틸은 훌륭한 선택입니다. 스테인리스 스틸의 질화 처리는 표면 경도를 훨씬 더 좋게 만듭니다. 또한 담이라고 불리는 문제인 달라붙거나 긁히는 것을 방지합니다. 모든 종류의 스테인리스 스틸, 심지어 오스테나이트 스테인리스 스틸도 플라즈마 질화로 처리할 수 있습니다.
주물 다리미도 질화 처리할 수 있습니다. 질화 처리된 표면은 주물 다리미를 훨씬 더 튼튼하고 오래 사용할 수 있게 해줍니다.

단순한 탄소강은 질화로 경화시킬 수 없습니다. 그 이유는 적절한 합금 원소가 들어 있지 않기 때문입니다. 이러한 원소가 없으면 질소는 높은 표면 경도를 제공하는 단단한 조각을 만들 수 없습니다.

질화 부품은 어떤 용도로 자주 사용되나요?

매일 보고 사용하는 많은 기계에서 질화 부품을 찾을 수 있습니다. 질화는 일반적으로 마모와 피로에 강해야 하는 부품에 적용됩니다. 코팅이 매우 견고하기 때문에 서로 마찰하는 부품에 적합합니다. 질화 처리된 표면의 낮은 마찰도 큰 도움이 됩니다.

다음은 질화 부품을 사용하여 표면을 경화시키는 몇 가지 예입니다:

엔진 부품: 크랭크샤프트, 캠샤프트, 밸브 부품은 질화 처리되는 경우가 많습니다. 이는 자동차 엔진 내부에서 수백만 번의 회전과 움직임을 견디는 데 도움이 됩니다.
기어: 자동차나 기계의 기어는 표면이 매우 단단해야 합니다. 그래야 기어의 톱니가 마모되는 것을 방지할 수 있습니다. 질화 기어는 매우 강하고 오래 지속됩니다.
물건을 만드는 도구: 플라스틱과 금속을 성형하는 압출기 나사 및 금형과 같은 부품은 질화 처리됩니다. 표면 경도가 높기 때문에 마모되지 않고 다른 물건의 형태를 만들 수 있습니다.
총기 부품: 총의 많은 부분이 질화 처리되어 있습니다. 이렇게 하면 녹을 방지하는 데 매우 효과적이며 단단하고 검은색으로 오래 지속되는 마감을 얻을 수 있습니다.
베어링 및 부싱: 회전하거나 미끄러지는 부품의 경우 질화 처리된 표면은 마찰이 적다는 것을 의미합니다. 서로 달라붙는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

표면이 매우 단단하고 내마모성이 뛰어나야 하는 모든 공작물은 질화 공정을 통해 더 나은 품질을 만들 수 있습니다.