硬度と耐摩耗性の向上: 窒化処理により、窒素が鋼の表面に拡散するプロセスを通じて、合金鋼の表面硬度が大幅に向上します。この処理により、硬く窒化物が豊富な表面層が形成されます。この層の硬度は、未処理の鋼の硬度よりも大幅に高い値に達する可能性があり、一般的な硬度値は 60 HRC (ロックウェル硬度 C スケール) を超えることがよくあります。表面が激しい磨耗や磨耗力にさらされる高温用途では、窒化表面層が重要な寸法と機能の維持に役立ちます。この耐摩耗性の向上は、コンポーネントの動作寿命を延ばし、メンテナンスや交換の頻度を減らし、システム全体の信頼性を向上させるために非常に重要です。
熱安定性: 窒化プロセスにより、合金鋼に高度な熱安定性が与えられます。窒化中に形成される窒化物層は化学的に安定しており、合金および窒化条件に応じて、多くの場合最大 500°C ～ 600°C (932°F ～ 1112°F) の高温でも硬度を維持します。この安定性は、熱による軟化や劣化に耐える緻密で安定した窒化物層の形成によって実現されます。その結果、窒化鋼で作られた部品は、硬度や引張強度などの機械的特性を大幅に損なうことなく、高温環境でも確実に動作することができます。
耐酸化性: 合金鋼の窒化表面により、酸化および高温腐食に対する耐性が強化されています。表面層内の窒化物の存在は、酸化プロセスに対する保護バリアとして機能します。このバリアは、材料の劣化や破損につながる可能性のある酸化スケールの形成を防ぐのに役立ちます。酸素への曝露や高温により酸化のリスクが高まる高温用途では、窒化鋼はその完全性と動作性能を維持するため、部品の早期故障の可能性が減り、部品の耐用年数が長くなります。
熱膨張の低減: 窒化の重要な利点の 1 つは、合金鋼の熱膨張特性への影響です。窒化層は鋼の熱膨張係数を効果的に低下させるため、温度変動に対する寸法変化が少なくなります。この熱膨張の低減は、寸法安定性が重要な精密用途において特に重要です。窒化鋼で作られたコンポーネントは、温度変化による反りや歪みが少なく、さまざまな熱条件下でも正確な公差を維持し、アセンブリ内にフィットします。
耐疲労性の向上：窒化合金鋼は、表層に圧縮残留応力を導入することで耐疲労性を向上させます。これらの圧縮応力は、繰り返し荷重中に発生する引張応力を打ち消し、それによって疲労亀裂の発生と伝播の可能性を低減します。部品が繰り返しまたは周期的に負荷を受ける高温用途では、この耐疲労性の向上は非常に重要です。疲労による早期故障の防止に役立ち、コンポーネントが疲労関連の問題に陥ることなく、厳しい条件下での長期使用に耐えることができます。
摩擦と潤滑の要件の低減: 窒化プロセスにより、滑らかで硬い表面が得られ、嵌合コンポーネント間の摩擦が大幅に減少します。この摩擦の低減は、潤滑が機能しなくなったり、潤滑効果が低下したりする高温環境において有益です。窒化層による摩擦の低減により、コンポーネントの摩耗率が減少し、作業効率が向上し、頻繁な潤滑の必要性が最小限に抑えられます。この特性は、高温や過酷な動作条件により効果的な潤滑を維持することが困難なシステムにおいて特に有益です。
