고체 침탄법의 방법과 특징

고체 침탄법의 방법

고체 침탄법은 저탄소강을 철제 용기에 고체 화합물(고체 침탄제)과 침탄 촉진제를 함께 넣어 가열(815~1090°C)한 후 냉각 해 저탄소강 표면에 탄소를 침탄시킵니다.

침탄 깊이는 0.5~2mm 이며 일반적으로 0.8mm 이하의 깊이가 필요한 경우 고체 침탄법을 사용하기에는 부적합합니다.

침탄 후 경화 시 HRc 50~63 경도를 얻을 수 있습니다.

국부적으로 침탄 시 침탄이 필요 하지 않은 부위를 구리 도금하거나, 가공 여유를 두고 침탄 한 후 침탄 후 절삭합니다.

 

*고체 침탄 시 유의점

가열온도와 시간이 올라갈수록 침탄되는 속도와 깊이가 비례하여 증가합니다.
하지만 온도가 증가할수록 왜곡(휨 변형)이 발생하기 쉬우며 침탄 깊이가 너무 깊을 경우 내부 인성이 줄어듭니다.

침탄에 사용되는 철제 용기의 주 재료는 일반적으로 탄소강, 알루미늄 코팅 탄소강, 니켈 크롬 내열합금 등이 있습니다.
소량일 경우 코팅이 안된 탄소강으로 사용하며 다량일 경우 알루미늄 코팅된 탄소강을 사용합니다.
제품이 다량이고 크기가 큰 경우, 긴 가열 시간이 필요한 경우에 니켈 크롬 내열합금을 사용합니다.

고체 침탄법 공정이 긴 공정 시간과 많은 노동력 즉 경제성이 부족해 가스와 액체 침탄법으로 많이 대체되었습니다. 그러나 일부 특수 용도에는 여전히 적용됩니다.

 

고체 침탄제의 종류

  • 코크스(석유, 타르, 당밀 추출)
  • 견목 숯(목탄)

숯이 코크스 보다 침탄 효과가 좋으나 코크스 대비 수축성, 강도, 전도성이 좋지 않기에 단일로 사용하지 않고 코크스와 숯을 함께 사용합니다.
일반적인 침탄제에는 코크스의 비율이 더 높습니다.

 

침탄 촉진제의 종류

  • 탄산바륨(BaCO3): 독성 주의
  • 탄산칼슘(CaCO3)
  • 탄산칼륨(K2CO3)
  • 탄산나트륨(Na2CO3)

 

고체 침탄법의 특징 (장점과 단점)

장점

  1. 자체적인 밀폐환경(철제 용기)를 사용하기에 다양한 용광로를 활용할 수 있습니다.
  2. 가열 후 천천히 냉각 되기에 경화 전 정삭 가공할 경우 유리합니다.
  3. 가스 침탄 대비 선택적 침탄에 유리합니다.

단점

 

  1. 침탄 깊이 조절이 어렵습니다.(가스 침탄 대비 탄소함량 및 구배 제어가 어려워 정확성이 낮습니다.)
  2. 경화 작업 시 추가 처리가 필요합니다.(풀림, 담금질, 템퍼링)
  3. 철제 용기, 침탄제를 함께 가열, 냉각 해야하기에 더 많은 시간이 소요 됩니다. (침탄제 입도 너무 작으면 열 전도성이 떨어짐)