◈ 강의 열처리 기초이론
금속에 특정한 온도변화(가열/냉각)를 가함으로서 금속 고유의 성질과 다른
특성을 얻어내는 작업을 "열처리"한다.
일반적으로 열처리를 통하여 순금속에서 얻을 수 없는 우수한 성질을
얻을 수 있으며, 그 화학성분이 동일하더라도 열처리에 의해서 조직과
성질이 현저하게 변화한다.
강의 열처리 방법으로는 크게
불림(Normalizing, 소준), 풀림(Annealing, 소둔),
담금질(Quenching, 소입), 뜨임(Tempering, 소려) 등이 있다.
그 외에도 특수열처리로 다음과 같은 것을 들 수 있다.
▶ 베이나이트 열처리(Bainite Treatment)
▶ 불림(Normalizing, 소준)
강을 Ac3 또는 Acm이상으로 가열하여 오스테나이트화로 한 후 공기 중에서
냉각하여 강재의 성질을 표준상태로 만들기 위함.
목적
- 주조조직을 미세화
- 내부응력 제거
- 결정조직과 기계적, 물리적 성질 개선
- 구상화 풀림의 전처리
종류
- 보통 불림(normal Normalizing)
- 2단 불림(Stepped Normalizing)
- 항온 불림
( 1 ) 보통 불림(normal Normalizing)
- 온도 : Ac3+30∼50℃(아공석강), Acm+30∼50℃(과공석강)로 가열하여 공냉
- 조직 : 표준조직 또는 불림조직(normal structure)이라 하며 아공석강의 경우에는
페라이트와 펄라이트의 혼합조직, 공석강의 경우에는 펄라이트,
과공석강은 펄라이트와 시멘타이트 조직으로 되어 있다.
( 2 ) 2단 불림(Stepped Normalizing)
- 온도 : 오스테나이트화 온도보다 30∼50℃높은 온도로 가열하고 임계구역까지 공냉, 그후 서냉.
- 대형부품(직경 75mm이상) 고탄소강 등에서 백점, 내부 균열 방지 효과.
( 3 ) 항온 불림
- 온도 : 강재를 오스테나이트화 온도로부터 50℃높은 온도로 가열하고 등온처리한 후
약 550℃에 해당하는 열욕에 투입하고 항온을 유지시켜 변태 완료시킨 후 공냉 또는 수냉 처리
- 조직 : 미세 펄라이트
- 기계 구조용 탄소강이나 저탄소 합금강의 피절삭성 향상에 좋은 효과.
| ▶ 풀림(Annealing, 소둔) |
냉간가공이나 담금질에 의한 영향을 완전 제거하기 위하여 오스테나이트화 온도로 가열하고 노냉처리 하는 방법
종류
- 확산풀림(안정화풀림, 균질화풀림)
- 변태풀림(완전풀림, 결정립 조대화 풀림)
- 연화풀림(구상화풀림)
- 응력제거 풀림
- 저온 풀림
( 1 ) 확산풀림(안정화풀림, 균질화풀림)
대형강괴는 주조 상태에서의 1차 조직인 주상정 또는 수지상 결정은
내적으로 초기결정이 생성 성장하므로 불순물이나 성분원소가 응고과정에서
농축현상이 일어나 편석을 일으키는데 열간가공시 줄무늬조직을 일으키고 가공성을 해치게 된다.
특히 황화물은 적열취성의 원인이 되므로 확산풀림으로 제거하여야 한다.
이러한 편석을 열처리(1,050∼1,300℃)에 의하여 확산 제거하고 성분을 균질화시키는 것을 목적으로 한다.
( 2 ) 변태풀림(완전풀림, 결정립 조대화 풀림)
보통 단순히 풀림이라고 하면 완전풀림(변태풀림)을 말하는 것으로
강재의 조직을 개선하고, 냉간가공이나 담금 경화현상을 제거하여 연화시킬 목적으로
오스테나이트화 온도로 가열하여 노중냉각으로 서냉하는 처리이다.
가열온도가 높을 때 성분의 균일화, 잔류응력의 제거 연화가 이루어진다.
완전 풀림 열처리시
아공석강에서는 페라이트와 층상 펄라이트의 혼합조직이 되고(조대한 입자의 경계에 망상으로 존재)
과공석강에서는 층상 펄라이트와 초석 시멘타이트가 된다.
가열시간이 길어지면 새로이 생긴 미세결정립이 조대화하므로
다시 기계적 성질을 악화시키므로 Ac3변태점보다 30∼50℃온도에서 등온유지 후
노중에서, 또는 회중에서 서냉 처리한다.
( 3 ) 연화풀림
연화 풀림은 이미 열처리되어 있거나 경화되어 있는 것을 기계가공할 수 있도록
연화시키기도 하고 강의 내부에 존재하는 응력을 제거하여
담금질 작업에서 있을 수 있는 변형과 균열 등을 방지할 수 있다.
( 4 ) 구상화풀림
구상화 풀림은 유리 망상탄화물인 시멘타이트를 가열에 의하여 구상화하는 조작을 말하며,
탄소공구강이나 합금공구강 등의 내충격 및 내피로성을 개선할 수 있다. 또 가공성과 인성을 개선한다.
망상 시멘타이트나 층상 펄라이트 중의 시멘타이트가 재료에 존재한다면
기계가공성이 불량하고 담금질시 균열과 변형이 생기기 쉽고 또 무르다.
다음과 같은 열처리 방법에 의하여 망상 시멘타이트를 구상화하여 안정된 구상 시멘타이트를 구상 펄라이트화 한다.
◎ 목 적
- 담금효과를 균일하게 하기 위해
- 담금변형을 작게 하기 위해
- 담금 경도를 높이기 위해
- 기계가공성을 좋게 하기 위해
◎ 방 법
- Ac1직상으로 가열한 후 Ar1점 이하로 서냉하거나 Ar1이상의 온도로 가열하여 보온 후
냉각하는 법으로 탄소공구강의 구상화에 적합하다. 보통 냉각의 속도는 30℃/h이하로 냉각한다.
- Ac1점 직하(650∼720℃)로 장시간 가열 유지하는 방법은
주로 담금질 또는 냉간가공된 강재에 적용된다.
아공석강이라도 냉간가공을 30%이상 행한 후에는 구상화 열처리를 하여야 한다.
그러나 조대한 망상 시멘타이트는 이 방법으로 구상화하지 않는다.
- Ac1점의 상하 20∼30℃사이에서 가열과 냉각을 몇 번 반복(5∼6회) 가열-냉각하는 방법이다.
아공석강에서 가장 빨리 구상화가 일어나는데 가열온도가 높아지면
탄화물의 석출이 소실되어 구상화가 어렵게 된다. 냉각속도는 1℃/min이하가 바람직하다.
- Acm선 이상으로 가열하여 시멘타이트를 완전히 고용한 후 급냉하여
망상 시멘타이트를 구상화하는 방법으로 망상 탄화물을 갖는 과공석강재의 구상화에 적합하나
구상화 속도는 대체적으로 늦다(공냉).
- Ac1점(760∼780℃)에서 A1변태점 아래(700℃)로 열욕 중에서 등온처리하여 공냉한다.
◎ 구상화 조직의 제성질
탄화물은 왜곡을 받으면 고용도가 늘어나기 때문에 저온에서도 구상화되기 쉽다.
강은 구상화 조직이 되면 절삭저항이 가장 낮다. 특히 고속 절삭시 공구의 수명과 절삭속도에
구상화 조직이 가장 우수하다. 따라서 피삭성을 결정하는 인자는
절삭면이 좋고 나쁨에도 관계되며 구상화 조직은 거친가공에 적합하다.
◎ 구상화 풀림의 적용 범위
구상화 처리의 대상 강종은 0.5∼1.5%C로 결정립 조대화 풀림하여 사용하는 것이 좋다.
열처리 균열과 변형 방지 및 인성향상에 좋은 효과를 얻기 위해
탄화물 감소와 균일하게 분포되도록 하기 위하여 구상화 처리한다.
구상화 풀림은 냉간압연이나 냉간 선재 연신작업에도 가공성을 크게 향상시키므로
냉간가공 전처리 작업으로 이용되고 있다.
| ▶ 담금질(Quenching, 소입) |
강을 임계온도 이상에서 물이나 기름 중에 침적시켜 금냉하는 작업은 담금질이라고 한다.
담금질의 주목적은 경화에 있으며 가열온도는 아공석강에서는 Ac3+30∼50℃,
과공석강에서는 Ac1점 이상 30∼50℃로 균일가열한 후 담금질을 행한다.
( 1 ) 담금질에 따른 용적변화
열처리 과정에서 나타나는 조직중에서 용적변화가 가장 큰 것은 다음과 같다.
마르텐사이트 > 소르바이트 > 트루스타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 로
마르텐사이트의 팽창이 크며 그 이유는 고용된 γ 가 고용 α로 변태하기 때문이며
오스테나이트가 펄라이트로 변화하는 것은 위의 변화와 함께 고용탄소가 유리탄소로 변화하기 때문이다.
여기서 γ가 α로 변태할 때 팽창하지만 고용탄소가 유리탄소(Fe3C)로 변태할 때에는 수축하게 된다.
그러므로 완전한 Pearlite로 변태하였을 때에는 Martensite보다 수축되어 있다.
따라서 펄라이트량이 많을수록 팽창량이 적어진다.
( 2 ) 담금질 법
강의 담금질은 보통 오스테나이트화의 온도 Ac1또는 Ac3변태점 보다
30∼50℃높은 온도로 가열하고 물 또는 기름 중에 연속 냉각시키는 방법으로
물 담금질은 큰 경도를 부여하고 고탄소강이나 합금강인 경우에는
담금질 균열과 응력을 발생시키기 쉬우므로 기름 중에서 담금질 한다.
담금질 작업에서 제일 중요한 점은 임계구역까지 가급적 빨리 냉각시키는 일이다.
이 온도 범위를 천천히 냉각하면 풀림 열처리가 되고 말기 때문이다.
이 임계구역을 신속히 냉각시키느냐 천천히 냉각시키느냐에 따라서 담금질이 되느냐 안 되느냐가 결정된다.
그러므로 이 구역을 임계구역이라 한다. 임계구역에서 신속히 냉각된 것은
담금질의 결과가 약속된 것이며 실제 경화되어지는 것은 250℃이하의 저온에서 일어난다.
강은 경화할 때 팽창하게 되며 담금질에서 250℃이하로 굳어짐과 동시에 팽창이 수반된다.
팽창의 비율은 강의 종류에 따라서 다르지만 0.9%탄소강은 길이에서 0.3%, 체적에서 0.9%팽창한다.
이처럼 강이 냉각되어 가고 있을 때 팽창되므로 강의 내부는 매우 무리한 결과가 되기 때문에
이 구역을 위험구역이라고 하며 담금질 균열과 변형의 발생이 이려되며 이곳을 Ms구역이라고도 한다.
담금질 균열은 급냉된 순간에 발생하는 것이 아니라 Ms구역 내에서 파생되므로 Ms구역을 천천히 냉각시키므로써 팽창과 수축의 무리가 없어지고 균열하지 않게 된다.
이러한 사실에서 임계구역은 신속히, 위험구역은 천천히 냉각시키므로
경화와 균열을 방지할 수 있으므로 Ms점을 아는 것은 대단히 중요한 것이다.
( 3 ) 담금질 작업
◎ 수 냉
강을 급속히 냉각할 때에는 20℃이하의 물을 사용하고 20℃의 물인 경우는 120∼160℃/sec정도가 좋겠다.
수냉시 냉각속도는 수온에 따라 크게 달라지는데 수온이 40℃가 되면 80∼140℃/sec,
수온이 60℃가 되면 60∼80℃/sec, 수온이 80℃가 되면 20∼30℃/sec로 냉각속도가 저하되므로
주의가 필요하다. 10%식염수(Nacl 수용액)를 쓰면 160∼200℃/sec의 냉각속도의 상승효과를 가져온다.
수냉시 냉각액이 가열되면 수증기의 기포 형성으로 열처리 부품의 표면에 부착되어
냉각속도를 저하시키므로 충분한 교반과 새로운 물의 유입으로 냉각효과 증대에 힘써야 한다.
냉각이 제때에 되지 못하면 경화하지 않고 연점이 발생된다.
◎ 유 냉
고탄소강 및 고합금강에는 주로 기름 담금질을 한다. 20℃의 기림인 경우 냉각속도는
20∼80℃/sec정도로 유온이 상승하여도 냉각속도는 그다지 변하지 않는 것이 특징이며
실제 작업에서는 유온을 60∼80℃가 적합하고 기름의 량은 물건(열처리 제품)의 6∼10배가 적당하다.
기름 속에 물의 혼입이 없도록 할 것이며 수분이 0.5∼1%정도이면 105∼110℃로 가열하면 수분이 증발해 버린다.
( 4 ) 담금 균열
담금질 할 때에 생기는 균열을 말하며 여기에는 2개의 원인이 있다.
급냉으로 인한 열변형과 변태에 의한 변형에 의한 것으로 담금 균열의 대부분은
변태 변형, 즉 오스테나이트 → 마르텐사이트 변화로 이상 팽창에 따른 것이다.
열변형으로 인한 담금 균열을 담금질 직후에 물건의 밖에서 안을 향하여 균열이 발생시킨다.
이것은 높은 온도로부터 급냉시켰을 경우에 일어나는 균열로써
냉각속도가 늦은 부분과 빠른 부분의 경계면에서 발생한다.
따라서 빨리 냉각되는 3면각이나 2면각에는 캡을 씌워 냉각하고
모서리 부분에 라운딩을 주어 냉각속도가 균일하도록 냉각시켜야 한다.
변태 변형에 따른 담금 균열은 물건의 내부에서 바깥쪽을 향해서 발생하며
담금질 후 상당시간이 지난 연후에 일어나는 수가 많다.
이는 물건의 외부와 내부의 냉각속도의 차에 따라서 오스테나이트 → 마르텐사이트로 변태할 때
균열이 발생하며 같은 질량의 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적을 비교하면
마르텐사이트쪽이 훨씬 크므로 강을 담금질하면 마르텐사이트가 되고 체적 팽창 현상이 일어난다.
이 때문에 복잡한 형상과 냉각차가 일어나기 쉬운 형상이면 재료가 팽창력에 견디지 못하고
담금 균열을 발생시킨다. 따라서 담금 균열은 담금질한 순간에 발생하며
물건이 150∼200℃로 냉각되었을 때 즉, 위험구역에서 균열을 보이는 경우가 많다.
그러므로 위험구역 부분을 서냉시키므로 변태 변형에 따른 담금 균열을 방지할 수 있으므로
항온 냉각 또는 2단 냉각 등은 효과적이다.
이와 같은 담금 균열 방지에 유효한 담금질 법으로는 마르 퀜칭과 시간 담금질법 등이 있다.
( 5 ) 질량 효과
강의 담금열처리시 재료의 두께가 크면 표면은 냉각속도가 크고
내면은 냉각속도가 완만하여지므로 표면에서는 경화가 일어나지만
내면에서는 경화현상이 일어나지 않게 된다.
크기가 작은 재료에 있어서는 내면이나 표면 모두 경화가 잘 일어나는데,
이처럼 재료의 질량의 대소에 따라 열처리 효과가 달라지는 것을 질량 효과라 한다.
탄소강은 합금강에 비하여 질량 효과가 크다.
( 6 ) 내부응력
담금질의 급랭은 각 부분 균일 냉각이 없으며 표면은 빠르고 내부는 느린 것이 보통이다.
단면 온도의 불균일 분포가 체적의 변화를 고르지 못하게 하는 것이므로
표면은 매부보다 빠르게 수축하려고 한다. 그러나 이 수축은 내부에 의해서 방해된다.
이 때문에 최초는 표면에 인장응력 및 내부의 압축응력은 감소해 가고,
최후로는 내외부가 냉각되어서 같은 온도로 되면, 표면의 응력 상태는 압축응력이 되고 내부는 인장응력이 된다.
급랭으로 인한 불균일 냉각에 의해서 생기는 응력을 열응력이라고 한다.
열응력은 강제품 및 동제품의 재질에 관계없이 발생한다.
그런데 급랭에 의해 조직 변화를 일으키는 재질의 예를 들면
강등은 급랭에 의해서 열응력 외에 변태응력이 생기게 되는데, 변태응력은 두 가지의 원인에 의해 유발된다.
하나는 오스테나이트와 그 분해 생성물의 비용적에 따르기 때문이고,
다른 하나는 변태가 물체의 내부와 외부에서 다른 시기에 발생하기 때문이다.
담금질에 의한 내부응력의 발생은 완전히 방지할 수는 없다.
단지 이를 완화시킬 수 있을 뿐이다.
이 완화를 위하여 여러 가지 방법의 담금질 작업이 사용되고 있다.
| ▶ 뜨 임 (Tempering, 소려) |
뜨임이란 담그질한 강이 매우 경하고 취약하므로 변태점 이하의 온도로 가열하여
물안정한 조직을 안정한 조직으로 변화시키기 위하여 A1변태점 이하로 가열한 후 냉각시켜
강에 양호한 강인성을 부여하는 것을 본질로 열처리하는 것을 말한다.
이 때 고속도강이나 고합금강을 담금질 후 뜨임하면 더욱 경화되어 가는데 이 때를 뜨임 경화라 한다.
( 1 ) 목 적
- 조직 및 기계적 성질의 안정화
- 경도는 다소 낮아지나 인성이 좋아짐
- 잔류응력을 경감시키거나 제거하고 탄성한도와 항복강도를 향상
일반적으로 경도 및 내마모성을 필요로 할 때에는 고탄소강을 저온에서 뜨임하고
경도보다는 인성을 필요로 할 때에는 저탄소강을 고온에서 뜨임하여 사용한다.
( 2 ) 종 류
◎ 보통 뜨임
담금질한 강철을 변태점 이하로 가열한 후 냉각하는 것을 보통 뜨임이라 한다.
보통 뜨임을 하면 강철은 인성이 증가하고 연하게 되는 것이 보통이다.
강철은 어떤 경우에도 담금질한 상태로 사용하면 내부응력으로 인한 균열, 변형으로
재료를 못쓰게 되는 경우가 많기 때문이다. 따라서 반드시 뜨임을 하여 사용하여야 한다.
뜨임은 담금질 직후에 하는 것이 원칙이며 강이 완전히 냉각되기 전 대략 100℃이하가 되었을 때
꺼내서 뜨임하는 것을 원칙으로 하고 있다.
뜨임시 주의할 것은 뜨임 취성인데
250∼300℃의 저온 뜨임취성, 450∼525℃의 1차 뜨임 취성, 525∼600℃의 2차 뜨임 취성이 있다.
이중에서 300℃취성에 가장 주의하여야 한다.
◎ 반복 뜨임
고합금강이나 고속도강과 같이 1회의 뜨임으로 뜨임 효과가 충분하지 않는 경우는
뜨임을 2∼3회 반복하는 것이 좋다. 뜨임 경화되는 강철은 뜨임 온도에서 서냉하여야 한다.
◎ 점성 뜨임
담금질한 강은 매우 단단하며 내부응력이 존재하므로 취약하고 내마모성도
그다지 크지 않으므로 점성과 내마모성을 주기 위하여 100∼200℃로 저온 뜨임하면
내부응력이 제거되면서도 경도는 감소하지 않고 점성과 내마모성이 향상되며 뜨임 후 냉각은 수냉이다.
◎ 스프링 뜨임
스프링과 같이 강인성과 탄성을 주기 위하여 400∼500℃로 뜨임하는 조작을 말하며
조질이라고도 한다. 뜨임 온도에서 냉각은 수냉하며 이 때 냉각의 속도가 늦으면
1차 뜨임 취성이 일어나고 취약해진다.
◎ 고속 뜨임
고속도강은 담금질 후 500∼600℃로 뜨임하면 담금질한 것보다 더욱 경화되어
절삭성과 내마모성이 향상하게 된다. 따라서 이것을 고속 뜨임이라고 한다.
W, Cr등이 탄화물 형성으로 Self Hardening, 즉 2차 경화현상이 발생하기 때문이다.
경 뜨임 때는 뜨임 온도에서 공냉하여야 한다. 수냉이나 유냉을 하면 뜨임 균열이 발생하기 때문이다.
◎ 불루잉(blueing)
상온 가공한 강철을 250∼370℃로 가열하면 시효 경화현상이 신속하게 일어나므로
인장강도, 탄성한도, 피로한도와 경도가 증가하게 된다. 위의 온도에서 가열하면
표면에 산화막이 청색으로 나타나게 되는데서 블루잉이라고 부르게 되었다.
특히 탄성한도만을 높이고자 할 때에는 200∼250℃로 피로한을 높이기 위해서는
300∼375℃의 온도가 적당하다. 블루잉할 때 가열하면서 하중을 가하면
보다 효과적으로 인장강도나 항복점을 상승시킬 수 있다. 이러한 새로운 방법을 하중 가열법이라고 한다.
◎ 프레스 템퍼
담금질한 탄소강을 뜨임 온도로 가열하면서 프레스하면 조직이 변화되면서 소성 변형되기 쉽다.
이것을 프레스 템퍼 또는 하이트 세팅이라 하며 재료가 경화된 것에 유효하고 연한 재료는 프레스 템퍼의 효과가 작다.
프레스 템퍼는 최초 1회에서만 효과가 있고 2회에서는 그 효과가 없다. 다시 말해서 소성 변형이 일어나지 않는다.
( 3 ) 뜨임 취성
◎ 저온 뜨임 취성(300℃ 취성)
탄소강은 담금질 한 후 300℃에서 뜨임하면 충격치가 현저하게 감소한다.
이런한 현상은 300℃부근에서 탄화물이 Fe3C로 변화하는데 기인한다.
저온 뜨임 취성은 순도가 낮은 P와 N등의 불순물이 많을수록 심하게 나타난다.
◎ 고온 뜨임 취성(500℃ 취성)
500℃전후 뜨임 열처리시 충격치가 급감하게 되는데
이것을 결정 입계에 탄화물, 인화물, 질화물 등이 석출하기 때문이며 급냉시보다 서냉시에 현저하게 많이 나타난다.
◎ 제2차 뜨임 취성(2차 경화)
합금강에서 600℃ 전후의 뜨임에 의하여 현저하게 경화하는 현상이다.
이를 방지하기 위해서는 P, Sb, N등 감소, 고온 뜨임 후
급냉(탄화물, 질화물, 인화물 생성 억제), 오스테나이트 결정립 미세화,
탄소강의 P함량에 따라서 0.2∼0.5%Mo첨가, 담금질 시 완전한 마르텐사이트가 되도록 한다.
그리고 Austempering을 하여 높은 인성을 얻어야 한다.
( 4 ) 강종에 따른 뜨임 방법
◎ 기계 구조용 탄소강
뜨임 온도 범위 550∼600℃에서 조질 처리하여 소르바이트로
조직화하며 냉각은 공냉한다. 침탄용강을 150∼200℃에서 저온 뜨임한다.
◎ 기계 구조용 합금강
뜨임 온도 범위 550∼650℃에 고온 뜨임하여 조질 처리한다.
침탄용강은 150∼200℃의 저온 뜨임한다.
청열취성 온도 300℃에서는 충격저항과 인성이 급감되므로
이 온도에서 뜨임하는 것은 피하여야 한다. 또한 서냉취성에도 주의하여야 하나
그렇다고 수냉하게 되면 변형과 산화가 수반하므로 공냉하는 것이 좋다.
◎ 탄소 공구강
탄소공구강의 뜨임은 170℃전후에서 실시하며, 뜨임유에서 냉각한다.
경도는 HRC 54∼65정도가 적당하다.
◎ 합금 공구강
내마모성과 경도를 요하는 냉간 금형공구강은 저온 뜨임하며
충격저항과 인성을 요구하는 열간금형용은 고온 뜨임을 실시한다.
| ▶ 항온풀림(Ausannealing) |
S곡선의 코 또는 그 이상의 고온(600∼700℃)에 있어서
항온 처리를 하면 짧은 시간에 연화 풀림할 수 있다.
보통 풀림은 노중 냉각으로 작업시간이 매우 길었으나,
항온 풀림온도에서 항온 변태 완료시키고 공냉 또는 수냉시키므로
작업시간이 30분∼1시간에 마치므로 신속한 연화를 가져올 수 있다.
항온 풀림 열처리법은 공구강,특수강 기타 자경성이 강한 고속도강 등에 적용되고 있다.
| ▶ 오스템퍼링(Austempering) |
오스테나이트 항온 변태처리를 오스템퍼라 한다.
일명 하부 베이나이트 담금질이라고 부르기도 하는 이것은
오스테나이트 상태에서 Ar'와 Ar"의 중간 염욕에 담금질하여 강인한 하부 베이나이트로 만든다.
Austepering열처리한 것은 뜨임 작업이 필요없으며, 인성이 풍부하고 담금질 균열이나 변형이 적고
연신성과 단면 수축, 충격치 등이 향상된 재료를 얻게 된다.
탄소강에 적합한 열처리를 100% 오스테나이트의 열욕을 통과하는 것이 중요하며
S곡선의 온도에서 유지시간이 크면 전부 베이나이트화하게 된다
오스템퍼 열처리 후 300∼400℃로 장시간 가열하면 시효가 생겨
강인성이 향상되는데 이를 뜨임 베이나이트라 한다.
| ▶ 마르퀜칭(Marquenching) |
오스테나이트 구역에서 Ms점 직상의 염욕에 담금질하여
강의 내외가 동일한 온도가 되도록 항온을 유지한 후 공냉하여
Ar"변태가 천천히 진행되도록 하면 담금질 균열이 작고
열에 의한 변형도 생기지 않는 이점이 있어
고탄소강, 특수강, 침탄강, 게이지강, 기어, 베어링강 등에 적용되고 있다.
이 방법은 물에서 담금질할 때보다는 경도가 다소 저하되고 있다.
| ▶ 마르템퍼링(Martempering) |
Ar"구역 중에서 Ms와 Mf점 사이에서 항온 처리를 행하는 것으로
열욕의 온도는 100∼200℃로 변태 완료시까지 등온 유지한 후 공기 중에서 냉각한다.
이러한 열처리로 오스테나이트의 일부는 마르텐사이트가 되고
일부는 베이나이트의 혼합조직이 된다.
Bainite화로 경도는 감소없이 충격값이 향상되지만
등온 유지 시간이 긴 것이 결점이다.
| ▶ 시간 담금질(Time Quenching) |
담금질 온도로부터 물이나 기름 중에 넣어
급냉과 서냉의 속도 변화를 주면서 냉각하는 것을 시간 다금질이라 한다.
즉 1차에서 수냉에 의한 급냉의 온도가 300∼400℃가 되면 인상하여
2차로 유냉 또는 공냉으로 서냉시키므로써 두께 변화가 심한 탄소공구강 등에
표면과 내부의 온도가 균일하여지도록 시간적 차를 두어 접근되도록 한다.
이 때 침적시간이 너무 짧으면 풀림현상이 일어나고 침적시간이 길면 내부응력이 커져서
균열을 파생시킬 우려가 있으므로 적절한 인상시기를 택하여 1차에서 2차로 옮겨 주어야 한다.
시간 담금질의 주의점으로는 강재의 질량에 따라 1단 급냉시
외부와 내면의 온도차가 생겨 내부 보유열을 받아서 단면의 경도차가 생긴다.
즉, 외면에는 자기 뜨임의 뜨임 마르텐사이트 중간에는 담금 마르텐사이트와
내부에는 펄라이트 조직으로 단면의 경도는 중심선에 대칭으로 표면 가까이에 경도의 극대점이 생기게 된다.
| ▶ 파텐팅(Partenting) |
파텐팅은 오스템퍼 열처리 온도의 상한에서
미세한 Sorbite조직을 얻기 위하여 행하며
오스테나이트 가열온도로부터 500∼550℃의 용융납(Pb)의 욕중에서
항온 유지시킨 후 공냉시키는 방법으로
강선제조, 와이어 로프, 피아노 선재, 저울의 스프링 등의 열처리에 적용하고 있다.
| ▶ 베이나이트 열처리(Bainite Treatment) |
고속도강에 베이나이트 조직을 생성시켜
강하고 부드러운 성질을 부여하기 위하여 열처리하는 것을 말한다.
고속도강을 베이나이트 변태 범위의 열욕 담금질하여
1차 베이나이트와 1차 마르텐사이트에 잔류 오스테나이트가 혼합되도록 한다.
베이나이트 처리는 다음의 세가지 방법이 있다.
베이나이트 담금질과 보통 뜨임,
보통 담금질과 베이나이트 뜨임 그리고
베이나이트 담금질과 베이나이트 뜨임의 3가지 방법인데
어느 것이나 경하고 취성이 있는 조직이 얻어지므로 반드시 뜨임을 행하여야 한다.
| ▶ 심냉처리(Sub-zero Treatment) |
소입한 강은 마르텐사이트 중에 10∼30%정도의 잔류 오스테나이트가 존재하고 있어
경도저하 및 시효 균열과 변형의 원인이 되어 치수 불안정의 원인이 되므로 심냉 처리한다.
심냉 처리란 담금질 처리시 잔류하는 오스테나이트를
완전 마르텐사이트로 변태시키기 위하여 영하의 온도에서 처리하는 것을 말한다.
잔류 오스테나이트가 재료의 내부에 존재할 때에는
재료의 경화현상이 작아지고 시효변형, 즉 치수변형이 일어난다.
또한 오스테나이트는 비자성이므로 흡자력이 약하게 된다.
그러므로 심냉 처리에 의하여 경도를 향상시키고
시효변형 및 치수의 안정 등을 가져올 수 있게 된다.
잔류 오스테나이트를 완전 마르텐사이트화하기 위하여서는 0℃이하에서 냉각시켜야 된다.
심랭 처리를 하였을 때 나타나는 효과로는 자연균열을 방지할 수 있으며,
경도와 인성에 효과적이고 경년 변형에 대한 우수한 성질을 나타낸다.
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