窒化処理とは、一定の温度と媒体で窒素原子をワークの表面に浸透させる化学熱処理工芸である。
窒化処理の過程では、鋼に浸透した窒素は、表面から鉄と異なる窒素量を含む窒化鉄を形成する一方、鋼中の合金元素と結合して各種の合金窒化物、特に窒化アルミニウム、窒化クロムを形成する。これらの窒化物は非常に高い硬度、熱安定性と高い拡散度を持っているので、窒化後の鋼材は高い表面硬度、耐摩耗性、疲労強度、反かみ合い性、反火災軟化能力を得られる。
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伝統的な合金鋼材料では、アルミニウム、クロム、バナジウム及びモリブデンの元素は窒化処理に非常に役に立つ。これらの元素は窒化処理の温度において、初期生態の窒素原子と接触すると安定した窒化物を生成する。特にモリブデン元素のことである。窒化物を生成できるだけでなく、窒化処理の温度で起こる脆性を下げられる。一方で、ニッケル、銅、シリコン、マンガンなどの元素は窒化処理にあまり役に立たない。
一般的に、鋼材料の中に一種または複数の窒化物元素が含まれている場合、窒化後の効果はより良くなる。その中、アルミニウムは最も強い窒化物元素であり、0.85%から1.5%までのアルミニウムを含むのは最も効果的である。また、クロムを含むクロム鋼でも十分な量があれば良い効果が得られる。しかし、合金を含んでいない炭素鋼は生成された窒化層が脆く剥落しやすいので、窒化鋼としては適していない。
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筆者：孔靖茵
2019年12月3日