浸炭剤の炭化原理
鋳鉄に通常使用される浸炭剤は炭素質材料であり、その主成分は炭素です。炭素質材料は主にグラファイトとアモルファスカーボンです。グラファイトは六角形の結晶です。グラファイト結晶の炭素原子は層状になっています。同じ層で、原子間の共有結合は非常に強く、結合力は非常に強いです。合わせて、その接着強度は非常に弱いです。したがって、グラファイトは層状になりやすく、強度が非常に低くなります。黒鉛結晶はこのような構造特性を持っているため、溶鉄中で成長するとシート状に成長する傾向があります。アモルファスカーボンも六角形のフレーク結晶です。アモルファスカーボンとグラファイトの違いは、六角形の配置が不完全であり、層間距離がわずかに大きいことです。
元素状の浸炭剤の炭素の溶融温度は3727℃であり、溶鉄の温度では溶融できません。したがって、浸炭剤中の炭素は、主に溶解拡散により溶鉄に溶解します。溶銑のWCが2.1％の場合、黒鉛浸炭剤中の黒鉛は溶銑に直接溶解することができます。炭素が時間とともに徐々に溶鉄に拡散して溶解することを除いて、非黒鉛炭素の直接的な現象は基本的にありません。したがって、電気炉での合成鋳鉄精錬の炭化では、黒鉛炭化の炭化率が非黒鉛浸炭剤の炭化率よりも大幅に高くなります。
結果は、溶鉄への炭素の溶解が、固体粒子の表面上の液体境界層の移動によって影響を受けることを示しています。コークスおよび石炭粒子で得られた結果を、グラファイトで得られた結果と比較した。溶鉄中の黒鉛浸炭剤の拡散速度は、コークスおよび石炭粒子の拡散速度よりも著しく速いことが見出された。部分的に溶解したコークスと石炭の粒子を電子顕微鏡で観察すると、サンプルの表面に非常に薄い粘性の灰層が形成されていることがわかります。これが、溶融鉄への拡散と溶解の主な理由です。