浸炭とは(浸炭熱処理)

浸炭(しんたん、carburizing)とは

金属(特に低炭素鋼)の加工において、表面層の硬化を目的として炭素を添加する処理のことである。もとの用事は滲炭(代用字)。主に耐摩耗性を向上させるために行われる。
この処理により、金属表面のみ硬化させ、内部は柔軟な構造を持たせることができる。従って耐摩耗性と靭性を両立させることが可能である。また浸炭後の後処理によって表面層と内部の間に応力が生じ、これが割れに対する抵抗性を与える。主に重機や機械部品などに行われる。

処理など

手法として、固形浸炭、ガス浸炭、液体浸炭、真空浸炭(真空ガス浸炭)、プラズマ浸炭(イオン浸炭)など存在する。

【固形浸炭】
木炭を炭素源とする。加工金属を炭素と共に密閉し同時に加熱することによって発生する一酸化炭素が炭素源となる。このとき、反応促進剤として炭素塩を添加することがある。簡易であるが、加工品質のばらつきが生じるため現在では廃れている。
【液体浸炭】
シアン化ナトリウムを主成分とする無機塩を高温で溶融させた塩浴によって浸炭を行う。シアン化ナトリウムが猛毒性である欠点があり、代替薬剤の開発が行われている。
【ガス浸炭】
二酸化炭素・水素・メタン・水蒸気などを主成分とするガスによって浸炭を行う。現在ではこの方法が主流である。
【真空浸炭(真空ガス浸炭)】
真空引きした後、浸炭用のガスを注入して加熱する方法。
【プラズマ浸炭(イオン浸炭)】
真空引きした後、浸炭用のガスを注入した後に高電圧をかけ、グロー放電によってガスをプラズマ化して浸炭を行う方法。

なお、浸炭を行った後の処理として、焼入れ・焼戻しが必要である。この際、処理に伴って発生したオーステナイト組織が存在していると変形・耐摩耗性の低下が発生し有害であるため、深冷処理などによってオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変化させる必要がある。
浸炭の失敗例としては、浸炭が進行しすぎる「過剰浸炭」や、粗大な結晶の発生による欠陥などがある。

「ウィキペディア (Wikipedia): フリー百科事典」より引用

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