질화 과정은 질소가 강의 표면으로 확산되어 단단한 질소가 풍부한 층을 형성하는 것을 포함한다. 이 층은 질화염 및 다른 질화물로 구성되어 강철 표면의 경도를 상당히 증가시킵니다. 결과적으로 내마모성 장벽으로 연마력의 손상과 접촉 스트레스에 저항하는 데 도움이되며, 둘 다 피로 실패에 기여합니다. 스트레스가 많은 환경에서, 경화 된 표면은 표면 재료가 마모되는 것을 방지하며, 그렇지 않으면 균열의 개시 부위 역할을하는 불규칙성을 만듭니다. 표면 마모에 저항하는 능력은 표면 분해로 인한 균열 개시 가능성을 최소화하여 피로 저항을 직접 향상시킵니다.
질화는 경도를 증가시킬뿐만 아니라 강철 표면의 전반적인 무결성을 크게 향상시킵니다. 질소 원자를 도입함으로써, 표면은 더 균일하고 밀도가 높아서 마이크로 크랙, 다공성 및 표면 결함의 존재를 제거하거나 감소시킨다. 구덩이, 긁힘 또는 공극과 같은 표면 결함은 반복 하중 사이클 동안 응력 집중기로서 작용하여 조기 균열 형성을 초래할 수 있습니다. 더 부드럽고 결함이없는 표면을 생성함으로써 질화는 그러한 결함의 가능성을 최소화하여 균열이 형성되고 전파 될 수 있습니다. 이 향상된 표면 무결성, 특히 스트레스가 많은 조건에서 균열의 시작을 방지하여 주기적 하중 하에서 재료의 내구성을 유지하는 데 필수적입니다.
질화의 가장 중요하고 유익한 효과 중 하나는 강철 표면에서 압축 잔류 응력의 형성입니다. 질화 동안, 질소는 강철로 확산되어 표면이 약간 팽창하여 압축 응력을 만듭니다. 이러한 압축 응력은 인장 응력에 대항하기 때문에 매우 유익합니다. 이는 금속의 균열 개시 및 전파의 주요 원인입니다. 주기적 하중을 겪는 재료에서 인장 응력은 미세 균열의 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 결국 더 큰 골절로 성장할 수 있습니다. 압축 응력을 도입함으로써, 질화는 균열 개시에 대한 강철의 저항을 향상시키고 반복적 인 하중주기 하에서 골절이 덜 발생합니다. 이 현상은 자동차 부품, 기어 또는 터빈 블레이드와 같은 스트레스가 많은 피로가 발생하기 쉬운 환경에 노출 된 구성 요소에서 특히 가치가 있습니다.
처리되지 않은 강철에서 피로 균열이 형성되기 시작하면 특히 변동 또는 교대 응력 조건 하에서 재료를 통해 빠르게 전파 될 수 있습니다. 그러나, 강철 막대가 질화를 겪을 때, 단단한 질화 층은 균열이 전파 될 수있는 속도를 크게 감소시킨다. 경화 된 표면과 유도 압축 잔류 응력은 균열 성장에 저항하는 장벽을 만듭니다. 특히, 질화 된 층은 피로로 인해 형성 될 수있는 균열의 진행을 방해하여 성장 둔화 및 재료의 치명적인 실패에 대한 저항을 향상시킵니다. 단단하고 조밀 한 표면층은 특히 주기적 스트레스 조건에서 균열이 팽창하는 것을 방지하는 데 도움이되는 강도와 인성을 제공합니다. 결과적으로, 질화 된 강철 막대 피로가 주요 관심사 인 매우 까다로운 애플리케이션에서도 더 긴 서비스 수명을 경험하십시오.
질화는 경도 증가를 통해 주로 표면을 강화하지만 피로 저항의 중요한 요소 인 표면 인성을 향상시킵니다. 표면 인성은 에너지를 흡수하고 스트레스 하에서 균열 개시 및 전파에 저항하는 재료의 능력을 말합니다. 질화 공정은 표면에서 강철의 미세 구조를 수정하여 인성과 강도의 증가를 촉진합니다. 이 더 강한 표면은 충격 또는 변동 하중으로부터 에너지를 흡수하여 균열 개시의 가능성을 줄입니다. 스트레스가 높은 응용 분야 에서이 증가 된 강인성은 처리되지 않은 강철에서 발생할 수있는 초기 단계 골절 또는 균열 전파를 경험하지 않고 반복적 인 하중을 견딜 수있는 재료의 능력을 향상시킵니다 .
