窒化と浸炭の違い｜機械部品の表面硬化処理の選び方

窒化と浸炭は、表面に耐摩耗性を持たせながら、芯部に適切な機械的性質を維持するための熱化学処理です。シャフト、ピン、歯車、ブッシュ、摺動部品などに指定されますが、表面硬さだけで相互に置き換えることはできません。 材質、接触荷重、必要な硬化層深さ、処理温度、変形リスク、芯部特性、熱処理後に精密仕上げする面を合わせて検討します。

表は初期検討の目安です。実際の硬さと硬化層深さは、鋼種、寸法、供給状態、設備、熱処理条件により変わります。

浸炭は、硬い表面と靭性のある芯部の組合せが必要な部品、特に接触荷重や衝撃を受ける歯車、シャフト、カム、ピンなどに採用されます。 高温処理と焼入れを伴うため、曲がり、真円度、寸法変化を工程設計に反映します。精密面には研削代を設定する場合があります。基準面、断面形状、肉厚変化も変形に影響します。

図面には、硬化層深さの定義と評価に用いる硬さ基準を記載します。数値だけでは、加工会社と熱処理会社で解釈が異なる可能性があります。 深い硬化層は一般に処理時間が長くなるため、機能上必要な値を指定します。荷重範囲、処理後の除去量、切断試験片による確認の要否も明確にします。

芯部特性が不適切、硬化層が脆い、化合物層が管理されていない、または変形が公差を超える場合、表面硬さが高くても部品機能を満たしません。 はめあい部では、処理後寸法、真円度、同軸度、平面度、面粗さ、残存硬化層深さを合わせて確認します。長尺シャフトや薄肉部品は早い段階で変形を検討します。

工程例として、素材準備、粗加工、必要に応じた応力除去、半仕上げ、熱処理、機能面の研削・仕上げ加工があります。実際の工程は材質、形状、図面要求に基づいて決定します。 研削代はすべての部品に同じ値を使用できません。少なすぎると変形を除去できず、多すぎると有効な硬化層を除去し、研削時間を増やす可能性があります。

表面硬さ、芯部硬さ、硬化層深さ、処理後寸法、幾何公差などを要求に応じて確認します。硬さ測定位置、試料数、硬化層深さの測定方法、製品への測定痕の可否を事前に決めます。 VietTechでは、マシニング加工、NC旋盤加工、平面研削、円筒研削、ワイヤー放電加工、寸法測定に対応しています。熱処理は適切な協力会社と連携し、規格、処理範囲、必要書類を注文ごとに確認します。

窒化は、耐摩耗性、比較的小さな変形、適切な合金鋼が必要な場合に適します。浸炭は、硬い表面と荷重を受ける芯部を組み合わせる場合に適しますが、変形と仕上げ加工の管理がより重要です。部品機能、材質、硬化層深さ、処理後公差に基づいて選定します。