Ⅰ.열처리의 기본 개념.
A.열처리의 기본 개념입니다.
기본 요소와 기능열처리:
1.난방
목적은 균일하고 미세한 오스테나이트 조직을 얻는 것입니다.
2.홀딩
목표는 가공물을 완전히 가열하고 탈탄 및 산화를 방지하는 것입니다.
3.냉각
목표는 오스테나이트를 다른 미세구조로 변형시키는 것입니다.
열처리 후 미세구조
가열 및 유지 후 냉각 과정에서 오스테나이트는 냉각 속도에 따라 다양한 미세 구조로 변태됩니다. 서로 다른 미세구조는 서로 다른 특성을 나타냅니다.
B. 열처리의 기본 개념.
가열 및 냉각 방법과 강의 미세 구조 및 특성에 따른 분류
1. 기존 열처리 (전체 열처리) : 템퍼링, 어닐링, 노멀라이징, 담금질
2. 표면 열처리 : 표면 담금질, 유도 가열 표면 담금질, 화염 가열 표면 담금질, 전기 접촉 가열 표면 담금질.
3.Chemical 열처리: 침탄, 질화, 탄질화.
4. 기타 열처리 : 제어 분위기 열처리, 진공 열처리, 변형 열처리.
C. 강의 임계온도
강의 임계 변태 온도는 열처리 중 가열, 유지 및 냉각 과정을 결정하는 중요한 기초입니다. 이는 철-탄소 상태도에 의해 결정됩니다.
주요 결론:강의 실제 임계 변태 온도는 항상 이론 임계 변태 온도보다 뒤떨어집니다. 이는 가열 중에 과열이 필요하고 냉각 중에 과냉각이 필요함을 의미합니다.
Ⅱ.강의 어닐링 및 노멀라이징
1. 어닐링의 정의
어닐링에는 강철을 임계점 Ac₁보다 높거나 낮은 온도로 가열한 다음, 일반적으로 용광로 내에서 천천히 냉각하여 평형에 가까운 구조를 얻는 과정이 포함됩니다.
2. 소둔의 목적
①가공경도 조정 : HB170~230 범위의 가공경도 달성.
②잔류응력 완화 : 후속 공정 중 변형이나 균열을 방지합니다.
③입자 구조 개선 : 미세 구조를 개선합니다.
④최종열처리 준비 : 후속 담금질 및 템퍼링을 위해 입상(구상화) 펄라이트를 얻습니다.
3.구형화 어닐링
공정 사양: 가열 온도는 Ac₁점에 가깝습니다.
목적: 강철의 시멘타이트 또는 탄화물을 구상화하여 입상(구상화) 펄라이트를 생성합니다.
적용 범위: 공석 및 과공석 조성의 강철에 사용됩니다.
4.확산소둔(균질화소둔)
공정 사양: 가열 온도는 상태도의 솔버스 선보다 약간 낮습니다.
목적: 분리를 제거합니다.
Ⅲ.강의 담금질 및 템퍼링
A. 담금질
1. 담금질의 정의: 담금질에는 강철을 Ac₃ 또는 Ac₁점보다 높은 특정 온도까지 가열하고, 그 온도에서 유지한 다음 임계 냉각 속도보다 빠른 속도로 냉각하여 마르텐사이트를 형성하는 것이 포함됩니다.
2. 담금질의 목적: 1차 목표는 강의 경도와 내마모성을 높이기 위해 마르텐사이트(또는 때로는 낮은 베이나이트)를 얻는 것입니다. 담금질은 철강의 가장 중요한 열처리 공정 중 하나입니다.
3. 다양한 종류의 강철에 대한 담금질 온도 결정
아공석강: Ac₃ + 30°C ~ 50°C
공석강 및 과공석강: Ac₁ + 30°C ~ 50°C
합금강: 임계 온도보다 50°C ~ 100°C 높음
4. 이상적인 담금질 매체의 냉각 특성:
"코" 온도 전 서냉: 열 스트레스를 충분히 줄이기 위해.
"노즈" 온도 근처의 높은 냉각 용량: 비마르텐사이트 구조의 형성을 방지합니다.
M₅ 지점 근처에서 천천히 냉각: 마르텐사이트 변태로 인한 응력을 최소화합니다.
5. 담금질 방법 및 그 특성:
①간단 담금질 : 조작이 간편하고 작고 단순한 형상의 공작물에 적합합니다. 생성된 미세구조는 마르텐사이트(M)입니다.
②이중 담금질: 더 복잡하고 제어하기 어려운 복잡한 모양의 고탄소강 및 대형 합금강 가공물에 사용됩니다. 생성된 미세구조는 마르텐사이트(M)입니다.
③Broken Quenching : 크고 복잡한 모양의 합금강 공작물에 사용되는보다 복잡한 공정입니다. 생성된 미세구조는 마르텐사이트(M)입니다.
④등온 담금질 : 요구 사항이 높은 작고 복잡한 모양의 공작물에 사용됩니다. 생성된 미세구조는 하부 베이나이트(B)입니다.
6.경화성에 영향을 미치는 요인
경화성 수준은 강의 과냉각 오스테나이트의 안정성에 따라 달라집니다. 과냉각된 오스테나이트의 안정성이 높을수록 경화성은 더 좋아지며, 그 반대도 마찬가지입니다.
과냉각 오스테나이트의 안정성에 영향을 미치는 요인:
C-곡선의 위치: C-곡선이 오른쪽으로 이동하면 담금질에 대한 임계 냉각 속도가 감소하여 경화성이 향상됩니다.
주요 결론:
C-곡선을 오른쪽으로 이동시키는 요인은 강철의 경화성을 증가시킵니다.
주요 요인:
화학적 조성: 코발트(Co)를 제외하고 오스테나이트에 용해된 모든 합금 원소는 경화성을 증가시킵니다.
탄소 함량이 탄소강의 공석 조성에 가까울수록 C-곡선이 오른쪽으로 더 많이 이동하고 경화성이 높아집니다.
7.경화성의 결정 및 표현
①End Quench 경화성 시험 : End-quench 시험법을 이용하여 경화성을 측정한다.
②임계 담금질 직경 방법: 임계 담금질 직경(D₀)은 특정 담금질 매체에서 완전히 경화될 수 있는 강철의 최대 직경을 나타냅니다.
B.템퍼링
1. 템퍼링의 정의
템퍼링(Tempering)은 담금질된 강을 A₁점 이하의 온도까지 재가열하여 그 온도를 유지한 후 상온으로 냉각시키는 열처리 공정입니다.
2. 템퍼링의 목적
잔류 응력 감소 또는 제거: 가공물의 변형이나 균열을 방지합니다.
잔류 오스테나이트 감소 또는 제거: 공작물의 치수를 안정화합니다.
담금질된 강철의 취성 제거: 공작물의 요구 사항을 충족하도록 미세 구조와 특성을 조정합니다.
중요 사항: 강철은 담금질 후 즉시 뜨임 처리되어야 합니다.
3.템퍼링 공정
1. 낮은 템퍼링
목적: 담금질 응력을 줄이고 공작물의 인성을 향상시키며 높은 경도와 내마모성을 달성합니다.
온도: 150°C ~ 250°C.
성능: 경도: HRC 58 ~ 64. 높은 경도와 내마모성.
응용 분야: 공구, 금형, 베어링, 침탄 부품, 표면 경화 부품.
2. 높은 템퍼링
목적: 충분한 강도와 경도와 함께 높은 인성을 달성하는 것입니다.
온도: 500°C ~ 600°C.
성능: 경도: HRC 25 ~ 35. 전반적인 기계적 특성이 좋습니다.
용도: 샤프트, 기어, 커넥팅 로드 등
열 정제
정의: 담금질 후 고온 템퍼링을 열 정제 또는 간단히 템퍼링이라고 합니다. 이 공정으로 처리된 강재는 종합적인 성능이 우수하여 널리 사용되고 있습니다.
IV.강의 표면열처리
A. 강의 표면 담금질
1. 표면경화의 정의
표면경화란 공작물을 급격하게 가열하여 표면층을 오스테나이트로 변태시킨 후 급속 냉각시켜 표면층을 강화시키는 열처리 공정입니다. 이 공정은 강철의 화학적 조성이나 재료의 핵심 구조를 변경하지 않고 수행됩니다.
2. 표면경화 및 후경화 구조에 사용되는 재료
표면 경화에 사용되는 재료
일반적인 재료: 중탄소강 및 중탄소 합금강.
전처리:일반적인 공정: 템퍼링. 핵심 속성이 중요하지 않은 경우 정규화를 대신 사용할 수 있습니다.
후경화 구조
표면 구조: 표면층은 일반적으로 마르텐사이트나 베이나이트와 같은 경화된 구조를 형성하여 높은 경도와 내마모성을 제공합니다.
코어 구조: 강철의 코어는 일반적으로 전처리 공정 및 모재의 특성에 따라 펄라이트 또는 조질 상태와 같은 원래 구조를 유지합니다. 이는 코어가 우수한 인성과 강도를 유지하도록 보장합니다.
B. 유도 표면 경화의 특성
1. 높은 가열 온도 및 빠른 온도 상승: 유도 표면 경화는 일반적으로 높은 가열 온도와 빠른 가열 속도를 포함하므로 단시간 내에 빠른 가열이 가능합니다.
2. 표면층의 미세한 오스테나이트 입자 구조: 급속 가열 및 후속 담금질 과정에서 표면층은 미세한 오스테나이트 입자를 형성합니다. 담금질 후 표면은 주로 미세한 마르텐사이트로 구성되며 경도는 일반적으로 기존 담금질보다 2-3HRC 더 높습니다.
3. 우수한 표면 품질 : 가열 시간이 짧기 때문에 공작물 표면의 산화 및 탈탄이 적고 담금질로 인한 변형이 최소화되어 우수한 표면 품질을 보장합니다.
4. 높은 피로 강도 : 표면층의 마르텐 사이트 상 변태는 압축 응력을 생성하여 공작물의 피로 강도를 증가시킵니다.
5. 높은 생산 효율성 : 유도 표면 경화는 대량 생산에 적합하며 높은 운영 효율성을 제공합니다.
다. 화학적 열처리의 분류
침탄,침탄,침탄,크로마이징,실리콘화,실리콘화,실리콘화,탄질화,붕탄화
D.가스 침탄
가스 침탄은 공작물을 밀봉된 가스 침탄로에 넣고 강철을 오스테나이트로 변태시키는 온도까지 가열하는 공정입니다. 그런 다음, 침탄제를 로 내부에 적하하거나 침탄 분위기를 직접 도입하여 탄소 원자를 가공물의 표면층으로 확산시킵니다. 이 공정은 가공물 표면의 탄소 함량(wc%)을 증가시킵니다.
√침탄제:
•탄소가 풍부한 가스: 석탄가스, 액화석유가스(LPG) 등
•유기액체: 등유, 메탄올, 벤젠 등.
√침탄 공정 매개변수:
•침탄온도 : 920~950°C.
•침탄시간 : 원하는 침탄층 깊이와 침탄온도에 따라 결정됩니다.
E. 침탄 후 열처리
강철은 침탄 후 열처리를 거쳐야 합니다.
침탄 후 열처리 공정:
√ 담금질 + 저온 템퍼링
1. 예냉 후 직접 담금질 + 저온 템퍼링: 가공물을 침탄 온도에서 코어 Ar₁ 온도 바로 위까지 예냉한 후 즉시 담금질한 후 160~180°C에서 저온 템퍼링합니다.
2. 사전 냉각 후 단일 담금질 + 저온 템퍼링 : 침탄 후 공작물을 천천히 실온까지 냉각시킨 후 재가열하여 담금질 및 저온 템퍼링을 수행합니다.
3. 사전 냉각 후 이중 담금질 + 저온 템퍼링: 침탄 및 서냉 후 공작물은 가열 및 담금질의 두 단계를 거친 다음 저온 템퍼링을 거칩니다.
Ⅴ.강철의 화학적 열처리
1. 화학적 열처리의 정의
화학적 열처리는 강철 공작물을 특정 활성 매체에 놓고 가열하고 특정 온도로 유지하여 매체의 활성 원자가 공작물의 표면으로 확산되도록 하는 열처리 공정입니다. 이는 가공물 표면의 화학적 조성과 미세구조를 변화시켜 그 특성을 변화시킵니다.
2.화학적 열처리의 기본공정
분해: 가열하는 동안 활성 매체가 분해되어 활성 원자를 방출합니다.
흡수: 활성 원자는 강철 표면에 흡착되어 강철의 고용체에 용해됩니다.
확산: 강철 표면에 흡수 및 용해된 활성 원자가 내부로 이동합니다.
유도 표면 경화의 유형
a.고주파 유도 가열
현재 주파수: 250~300kHz.
경화층 깊이: 0.5~2.0 mm.
적용 분야: 중소형 모듈 기어 및 중소형 샤프트.
b. 중주파 유도 가열
현재 주파수: 2500~8000kHz.
경화층 깊이: 2~10 mm.
적용 분야: 더 큰 샤프트 및 중대형 모듈 기어.
c. 전력 주파수 유도 가열
현재 주파수: 50Hz.
경화층 깊이: 10~15 mm.
응용 분야: 매우 깊은 경화층이 필요한 작업물.
3. 유도 표면 경화
유도 표면 경화의 기본 원리
피부 효과:
유도 코일의 교류 전류가 가공물의 표면에 전류를 유도할 때, 유도 전류의 대부분은 표면 근처에 집중되고, 가공물의 내부를 통과하는 전류는 거의 없습니다. 이 현상을 표피 효과라고 합니다.
유도 표면 경화 원리:
표피 효과에 따라 가공물의 표면은 오스테나이트화 온도까지 빠르게 가열되며(몇 초 안에 800~1000°C까지 상승) 가공물 내부는 거의 가열되지 않은 상태로 유지됩니다. 그런 다음 물 분사를 통해 공작물을 냉각시켜 표면을 경화시킵니다.
4.성미 취성
담금질된 강철의 취성 완화
템퍼링 취성은 특정 온도에서 템퍼링할 때 담금질된 강의 충격 인성이 크게 감소하는 현상을 말합니다.
첫 번째 유형의 템퍼링 취성
온도 범위: 250°C ~ 350°C.
특성: 담금질된 강철이 이 온도 범위 내에서 템퍼링되면 제거할 수 없는 이러한 유형의 템퍼링 취성이 발생할 가능성이 높습니다.
해결책: 이 온도 범위 내에서 담금질된 강철을 템퍼링하지 마십시오.
템퍼링 취성의 첫 번째 유형은 저온 템퍼링 취성 또는 비가역 템퍼링 취성으로도 알려져 있습니다.
Ⅵ.템퍼링
1.템퍼링은 담금질 후 최종 열처리 공정입니다.
담금질 강철에 템퍼링이 필요한 이유는 무엇입니까?
담금질 후 미세 구조: 담금질 후 강철의 미세 구조는 일반적으로 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트로 구성됩니다. 둘 다 준안정 단계이며 특정 조건에서 변형됩니다.
마르텐사이트의 특성: 마르텐사이트는 경도가 높지만 취성(특히 고탄소 침상 마르텐사이트)이 높은 것이 특징으로, 이는 많은 응용 분야의 성능 요구 사항을 충족하지 못합니다.
마르텐사이트 변태의 특성: 마르텐사이트로의 변태는 매우 빠르게 발생합니다. 담금질 후 공작물에는 변형이나 균열을 일으킬 수 있는 잔류 내부 응력이 있습니다.
결론:담금질 후 공작물을 직접 사용할 수 없습니다! 내부 응력을 줄이고 가공물의 인성을 향상시켜 사용하기에 적합하게 만들기 위해서는 템퍼링이 필요합니다.
2.경화성과 경화능력의 차이:
경화성 :
담금질성은 담금질 후 강철이 특정 경화 깊이(경화층의 깊이)를 달성하는 능력을 말합니다. 이는 강철의 구성과 구조, 특히 합금 원소와 강철 유형에 따라 다릅니다. 경화성은 담금질 과정에서 강철이 두께 전체에 걸쳐 얼마나 잘 경화될 수 있는지를 나타내는 척도입니다.
경도(경화력):
경도 또는 경화 용량은 담금질 후 강철에서 얻을 수 있는 최대 경도를 나타냅니다. 이는 강철의 탄소 함량에 크게 영향을 받습니다. 탄소 함량이 높을수록 일반적으로 잠재적 경도가 높아지지만 이는 강철의 합금 원소와 담금질 공정의 효율성에 의해 제한될 수 있습니다.
3.강의 경화성
√경화성의 개념
경화성은 오스테나이트화 온도에서 담금질한 후 특정 깊이의 마르텐사이트 경화를 달성하는 강의 능력을 나타냅니다. 간단히 말해서 담금질 중에 마르텐사이트를 형성하는 강철의 능력입니다.
경화성 측정
경화성의 크기는 담금질 후 특정 조건에서 얻어지는 경화층의 깊이로 표시됩니다.
경화층 깊이: 공작물의 표면에서 조직이 절반 마르텐사이트인 영역까지의 깊이입니다.
일반적인 담금질 매체:
•물
특징 : 냉각능력이 강하여 경제적이나, 끓는점 부근에서는 냉각속도가 높아 과도한 냉각이 발생할 수 있습니다.
용도: 일반적으로 탄소강에 사용됩니다.
염수(Salt Water) : 물에 소금이나 알칼리를 용해시킨 용액으로 물에 비해 고온에서 냉각능력이 높아 탄소강에 적합하다.
•기름
특성: 저온(끓는점 부근)에서 냉각 속도가 느려져 변형 및 균열 경향이 효과적으로 감소하지만 고온에서는 냉각 성능이 저하됩니다.
용도 : 합금강에 적합합니다.
유형: 냉각유, 기계유, 디젤 연료가 포함됩니다.
가열시간
가열 시간은 가열 속도(원하는 온도에 도달하는 데 걸리는 시간)와 유지 시간(목표 온도에서 유지되는 시간)으로 구성됩니다.
가열 시간 결정 원칙: 작업물 내부와 외부 모두에 걸쳐 균일한 온도 분포를 보장합니다.
완전한 오스테나이트화를 보장하고 형성된 오스테나이트가 균일하고 미세함을 보장합니다.
가열 시간 결정의 기초: 일반적으로 경험식을 사용하여 추정하거나 실험을 통해 결정됩니다.
담금질 미디어
두 가지 주요 측면:
a. 냉각 속도: 냉각 속도가 높을수록 마르텐사이트 형성이 촉진됩니다.
b.잔류 응력: 냉각 속도가 높을수록 잔류 응력이 증가하여 가공물의 변형 및 균열 경향이 커질 수 있습니다.
Ⅶ.정규화
1. 정규화의 정의
노멀라이징(Normalizing)이란 강철을 Ac3 온도보다 30~50°C 높은 온도로 가열한 후 그 온도를 유지한 후 공랭시켜 평형 상태에 가까운 미세조직을 얻는 열처리 공정이다. 노멀라이징은 어닐링에 비해 냉각 속도가 빨라 펄라이트 조직(P)이 더 미세해지고 강도와 경도가 높아집니다.
2. 정규화의 목적
정규화의 목적은 어닐링의 목적과 유사합니다.
3. 정규화의 응용
• 네트워크로 연결된 2차 시멘타이트를 제거합니다.
• 요구사항이 낮은 부품의 최종 열처리 역할을 합니다.
•저탄소 및 중탄소 구조강의 예비열처리로 작용하여 가공성을 향상시킵니다.
4.소둔의 종류
첫 번째 유형의 어닐링:
목적 및 기능: 상변태를 유도하는 것이 목적이 아니라, 강철을 불균형 상태에서 균형 상태로 전환시키는 것이 목표입니다.
유형:
• 확산 어닐링: 분리를 제거하여 구성을 균질화하는 것을 목표로 합니다.
• 재결정 어닐링: 가공 경화 효과를 제거하여 연성을 회복합니다.
• 응력 완화 어닐링: 미세 구조를 변경하지 않고 내부 응력을 줄입니다.
두 번째 유형의 어닐링:
목적 및 기능: 미세 구조와 특성을 변화시켜 펄라이트가 지배적인 미세 구조를 달성하는 것을 목표로 합니다. 이 유형은 또한 펄라이트, 페라이트 및 탄화물의 분포와 형태가 특정 요구 사항을 충족하도록 보장합니다.
유형:
• 완전 어닐링(Full Annealing): 강철을 Ac3 온도 이상으로 가열한 후 천천히 냉각하여 균일한 펄라이트 조직을 생성합니다.
•불완전한 어닐링: Ac1과 Ac3 온도 사이에서 강철을 가열하여 구조를 부분적으로 변형시킵니다.
• 등온 어닐링: 강철을 Ac3 이상으로 가열한 후 등온 온도까지 급속 냉각하고 원하는 구조를 얻을 때까지 유지합니다.
• 구상화 어닐링: 구상화 탄화물 구조를 생성하여 가공성과 인성을 향상시킵니다.
Ⅷ.1.열처리의 정의
열처리는 금속을 가열하여 특정 온도로 유지한 후 고체 상태에서 냉각하여 내부 구조와 미세 구조를 변화시켜 원하는 특성을 얻는 과정을 의미합니다.
2.열처리의 특성
열처리는 공작물의 모양을 변화시키지 않습니다. 대신 강철의 내부 구조와 미세 구조를 변경하여 강철의 특성을 변경합니다.
3.열처리의 목적
열처리의 목적은 강철(또는 공작물)의 기계적 또는 가공 특성을 개선하고 강철의 잠재력을 최대한 활용하며 공작물의 품질을 향상시키고 수명을 연장하는 것입니다.
4.주요 결론
열처리를 통해 재료의 특성이 향상될 수 있는지 여부는 가열 및 냉각 과정에서 재료의 미세 구조 및 구조에 변화가 있는지 여부에 따라 결정됩니다.
게시 시간: 2024년 8월 19일