열처리란? 열처리장비 제작 KOREA Furnace Manufacturer
강에 가열과 냉각을 통해 기계적 성질을 개선시키는 것.
보통 담금질(Quenching), 불림(Normalizing), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing)을 일반열처리라고 부른다.
철의 조직은 Fe-C 상태도에 따르면 탄소 함유량과 온도에 따라 가지고 있는 조직이 다르고 열처리로 인한 최종 조직도 다르게 나온다.
대표적인 조직들로는 페라이트, 펄라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트 등이 있다.
같은 탄소량을 가진 철강도 어떤 조직을 가지고 있냐에 따라서 인성, 취성, 경도 등 기계적 성질이 다르게 나온다.
Ferrite
철강의 금속조직학상의 용어로서, 체심입방구조를 가지는 α-Fe(알파 철)을 바탕으로 한 고용체.
외관은 순철과 같으나, 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철이라고도 한다. 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다. 910℃ 이상으로 가열하면 오스테나이트로 변태한다.
탄소가 많이 섞여있지 않은 특성상 강도가 작고, 연성이 크기 때문에 가공성이 뛰어나다.
네오디뮴 자석이 등장하기 전까지는 가장 강력한 자석의 재료로 사용되었었다. (사실 금속에서의 페라이트와 자성체 페라이트는 이름만 같고 다르다. 자성을 띠는 페라이트는 산화철(Fe2O3)을 기반으로 하는 산화물 자성체를 뜻한다.)
단일상으로 이루어져있는 페라이트와 오스테나이트를 구별하는 가장 확실한 방법 중 하나가 바로 자석을 대는 것으로, 페라이트는 자성을 띠지만 오스테나이트는 자석에 붙지 않는다.
그 예로 STS304 스테인리스강의 경우 오스테나이트계 스테인리스강인데 제강과정에서 조성을 제어하여 고온상인 오스테나이트를 상온에서도 페라이트로 변태하지 않게 만든 것이다.
집에서 흔히 쓰는 스테인리스 수저의 경우 대부분 Cr18-Ni8의 오스테나이트계 스테인리스강이므로 자석을 대 보아도 붙지 않는다.
페라이트 코어로 제작하여 전류의 노이즈 필터 역할을 하기도 한다.
(위 사진에서 하얗게 줄이 간 부분. 정확히는 하얀 줄이 펄라이트 내부의 시멘타이트 층이다.)
Pearlite
철강조직 중 하나로, 탄소 0.77%의 강인 공석강을 약 750℃ 이상의 고온에서 서서히 냉각하면, 650~600℃에서 변태를 일으켜(A1 변태)펄라이트 조직이 나타난다. 오스테나이트의 공석정(Eutectoid) 형태 중 하나이다. 페라이트와 Fe3C(시멘타이트)가 서로 번갈아 층을 이루는 조직형상을 나타낸다.
아공석강과 과공석강에서도 펄라이트는 존재한다. 아공석강은 상온에서는 0.008%~0.76%, 과공석강은 상온에서 0.78%~2.01%의 탄소 함유량을 가지고 있는 강을 말한다. 아공석강일 경우에는 페라이트가 초석으로 흰색을 띠고 나머지 층상조직이 펄라이트이다. 과공석강일 경우에는 시멘타이트가 초석으로 흰색을 띠고 나머지 층상조직이 펄라이트이다.
사광선(斜光線)을 이용하여 현미경으로 검사하면 진주와 같은 광택이 나타나 펄라이트라 한다. 펄라이트를 처음 발견했을 때는 현미경의 배율이 높지 않아 하나의 상(Phase)이라고 생각했기 때문에 이렇게 이름을 붙였다고 한다.
고온으로부터의 냉각속도가 커짐에 따라서 Ar1 점(냉각 때의 A1)이 떨어져 펄라이트층은 미세해진다.
냉각하는 속도에 따라
마르텐사이트(martensite)>트루스타이트(troostite) = 미세한 펄라이트(fine pearlite) > 소르바이트(sorbite) = 중간 펄라이트(medium pearlite) > 거친 펄라이트(coarse pearlite) 로 구분할 수 있다.
탄소가 0.76% 이하의 강에서 그 상온의 조직은 펄라이트와 페라이트, 탄소 0.76% 이상의 강 또는 주철에서는 펄라이트와 시멘타이트로 된다.
진주암을 고온에서 가열, 팽창시킨 인공 암석(혹은 토양)[편집]
농/식물[1] 쪽에서 펄라이트(혹은 퍼라이트)라 하면 대게 이쪽을 뜻하며, 거의 새하얗기에 멀칭제로도 쓰이지만 내부가 스폰지처럼 되어 있어 수분을 머금거나 그 사이로 공기가 통하는 특성상 통기성이나 수분 유지를 위해 섞어주는 용도로 쓰인다.
그리고 정도의 차이는 있지만 (뻥튀기 된 만큼) 내구력은 손이나 손가락으로 으깨면 분진[2]을 동반한 가루가 될 정도로 약하며, 이런 것들은 통기성도, 영양학적으로도 별 도움이 안 돼 없느니만도 못하다. 아무리 채로 걸러내어 보관해도 시간이 지나거나 이리저리 뒤섞으면 그 안에서 펄라이트끼리 부딪쳐 항상 생기기에 섞을 일이 있으면 그만큼만 떠서 채에 걸러 쓰는 편이 좋다.
[1] 특히 피트모스와 펄라이트가 거의 필수요소인 블루베리.
[2] 때문에 대규모로 취급 시 마스크 착용은 필수다.
[γ]철
오스테나이트는 A3, Acm 선 위의 조직을 말하며 격자는 FCC(면심입방격자)이다.
열처리는 모두 오스테나이트 상태로 만들어 실시한다.[1]
많은 탄소 원자를 고용할 수 있는 오스테나이트 조직을 급격하게 상온까지 끌고 내려와 상온에서도 탄소 고용량이 높은 조직을 말한다.
오스테나이트를 빠르게 냉각(수냉)해 얻을 수 있는 조직이며 물에 냉각을 해도 잔류 오스테나이트가 있어 0℃ 이하에서 심냉처리를 해준다.
열처리를 하지 않으면 상온에서의 철의 탄소 고용량은 0.008%이 최대지만 오스테나이트 상태로 동소변태시킨 후 철이 더 많은 탄소를 고용하게 하고 급냉(담금질) 하게 되면0.008% 이상의 탄소를 상온에서 철에 고용시킬 수 있게된다.
담금질을 한 직후의 마르텐사이트 조직의 격자는 BCT 격자이나 뜨임을 해준 마르텐사이트의 조직의 격자는 BCC다. 이때 BCT 격자의 마르텐사이트는 α마르텐사이트, BCC 격자의 마르텐사이트는 β마르텐사이트 라고 부른다. 우리가 쓰는 마르텐사이트 조직의 격자는 다 BCC라고 보면 된다.
마르텐사이트는 강도와 경도가 높은데 이는 철 분자에 고용된 탄소 원자가 철 원자간의 슬립을 방해하기 때문이다. 그렇기에 탄소 고용량이 높아질 수록 경도 값이 증가한다. 다만 탄소가 많이 고용된 마르텐자이트는 탄소 원자에 의해 내부응력이 크기 때문에 결함(크랙)이 잘 발생한다.
충분히 가열하여 변태점(철의 결정구조가 변하는 지점, A1,Acm선)이상으로 온도가 올라간 금속을 물이나 기름 등에 담가 급격하게 냉각시키는 일. 철을 가열하면 선홍색으로 변하는데 이 상태의 철을 오스테나이트 강(Austenite steel)이라 부르고, 이 상태로 자연스럽게 식으면(공냉) 노멀라이징(불림)으로 펄라이트조직이 된다. 물이나 기름 등으로 급격하게 냉각하면 통상의 상온 강인 펄라이트 조직 대신에 철 내부의 결정질이 변화하면서 경도가 높은 마르텐사이트 강(Martensite)이 탄생하게 된다.쉽게 말하면 철의 조직 상태를 바꿔서 단단하게 만드는 것.
자세히 말하자면 표준화 된 강의 조직인 펄라이트는 BCC 격자 구조로 오스테나이트의 FCC 격자 구조 보다 슬립이 적게 일어나고 또한 탄소 고용량도 작다.
하지만 오스테나이트는 최소 723℃ 이상에서 존재하는 조직이기 때문에 상온에서는 존재 할 수 없어 실 사용이 불가능하다.
일반적인 냉각(공냉)으로는 오스테나이트가 가진 탄소 고용량을 상온으로 가져 올 수 없기 때문에 급냉(수냉)을 하여 고용된 탄소가 철 분자에서 빠져나오기 전에 변태를 완료시켜 상온에서도 많은 탄소를 고용하기 위해 하는 것이 담금질이다.
담금질은 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서 행해지며 마르텐사이트 조직이 강도와 경도가 크기 때문이다. 그래서 FCC 상태에서 탄소가 고용된 상태로 BCC로 변태 중 탄소로 인해 방해받아 BCT가 되며 뜨임을 통해 BCC로 만들어준다. 대표적인 냉각 방법으로는 수냉(水冷), 유냉(油冷), 공냉(空冷), 노냉(爐冷) 이 있다.
주로 금속의 강도와 경도를 올리기 위한 목적으로 한다. 철제 냉병기를 제작할 경우 핵심이 되는 부분 중 하나. 완전히 마르텐사이트화 된 철은 경도가 높고 깨지기 매우 쉬워 일반 용도로 사용하기 어려우므로 뜨임 등의 추가적 열처리를 통해 내부응력을 제거하고 연성/전성을 부가하는 것이 보통이다. 그냥 담금질 후에는 반드시 뜨임을 한다 라고 알아두면 된다.
담금질을 한다고 재료의 무게가 늘어나지는 않는다. 탄소를 외부에서 주입하는 것이 아닌 강 내부의 시멘타이트(Fe3C)에서 탄소를 빼와 고용시키는 것이기 때문.
요즘은 원래의 의미보다 '발전하기 위한 시련'이라는 의미로 많이 쓰인다.
소설등에선 비유적 표현이나 혹은 설정등으로 '피로 담금질 했다'는 말이 존재하는데, 실제로 과거엔 물이나 기름 말고도 피로도 담금질을 하는 경우도 있었다. 다만 피로 담금질을 했던 것은 실용적인 의미보단 주술적인 의미가 더 강했기 때문에 오늘날에는 쓰이지 않는 방법이다.
몇몇 양판소나 양무소에서 대장장이의 망치질을 담금질이라고 하는 경우가 종종 있는데 이는 배경지식 부족으로 일어난 결과이다. 모루에 하는 망치질은 "단조"라 불리며, 담금질 작업에는 망치를 사용하지 않는다.
판타스틱 4 영화판에서, 닥터 둠이 휴먼 토치에 의해 초고온으로 달구어진 상태에서 더 씽이 뜯은 소화전 물줄기에 맞아서 담금질당해 전신 금속상으로 굳어져 버렸다(...).
Tempering
인성이 목적이며 담금질을 한 강은 내부응력이 커 결함이 발생하기 쉬우나 이를 적당한 온도로 재가열해 내부응력을 해소시켜 결함을 방지하기 위해 하는 열처리다. 뜨임은 최대 A1선 미만의 온도에서 실시 한다. 경도와 인성이 증가한다.
Annealing
연화가 목적이며 재료를 오스테나이트 상태로 가열 후 노(爐) 안에서 냉각시키는 것을 말한다.
Normalizing
조직의 표준화가 목적이며 재료를 오스테나이트 상태로 가열 후 공기중에 냉각(공냉) 하는 것을 말한다. 얻을 수 있는 조직은 펄라이트다.
보통 공석강에서 723°C이하 550°C 이상에서 온도를 유지 후 변태가 완료되면 냉각시키는 열처리를 말하며 펄라이트를 일반 풀림보다 일찍 얻을 수 있다.
이렇게 얻어진 펄라이트는 일반 풀림의 펄라이트보다 기계적 성질이 우수하다.
550°C 이하 Ms 온도 이상에서 온도를 유지 후 변태가 완료되면 냉각시키는 열처리를 말하며 베이나이트를 얻을 수 있다.
항온을 유지시킨 온도의 정도에 따라 상부 베이나이트, 하부 베이나이트로 나뉠 수 있다.
Ms온도 이상에서 온도를 유지 후 냉각시켜 마텐자이트를 얻을 수 있는 방법이며 일반 담금질과 다른 점은 열처리 할 제품의 내,외부 온도가 같게된 시점에서 항온시킨 후 냉각한다는 것이다.
일반 담금질에서 결함을 보완한 열처리 이다.
보통 냉각시 제품의 표면 온도가 더 빨리 내려가게 되고 이렇게 되면 내부와 외부의 냉각속도가 달라 표면이 먼저 BCT로 변태되어 체적이 커지게 되고
후에 내부의 격자구조가 BCT로 바뀌면서 내부 체적의 변화로 외부 표면이 깨지게 된다.[2]
Ms 온도 이하에서 온도를 유지 후 냉각시켜 마텐자이트를 얻을 수 있는 방법이며 마퀜칭보다 담금질 균열과 변형이 적다.
Ms 온도 이하에서 온도를 유지해 제품내부의 변태가 완료 되고 나서 냉각하는 방법으로 마텐자이트와 베이나이트를 얻을 수 있다.
균열을 방지하며 마템퍼링한 제품은 뜨임을 할 필요가 없다.
위는 대표적인 방법이고 표면열처리[3] (고주파경화법, 화염경화법, 질화법 침탄법)등 여러가지 많다. 철의 구성성분에 따라 철의 성질이 매우 달라지고 조직변화도 달라지므로 실제로도 열처리 연구는 지금도 하고 있다.
[1] 철 분자의 격자가 BCC에서 FCC로 변하면서 고용 할 수 있는 탄소량이 많아진다.
[2] 겨울에 돌 내부의 물이 결빙 하면서 체적이 커지고 이로인해 깨지는 것과 비슷하다 .
[3] 표면만 열처리 하는 법.
한국 열처리 업계의 상황은 매우 여락합니다.
대부분 영세 업체이며 자체계발은 커녕 도면마저도 없는 경우가 허다하며 구매하신 제품이 어떠한 성능을 내는지
정확한 측정이 불가한 제품을 생산하는 업체도 많이 있습니다.
와이에스티티(구 와이에스썸텍)은 국내에 몇 안되는 열처리장비 설계 제작 업체입니다.
갈수록 높아지는 기술 요건과 제품의 퀄리티를 맞추기 위해서는 철저한 열 데이터 분석과 환경 조성을 만들어서 양산 라인을
갖추어야 합니다.
주먹구구식 온도대만 맞추어서 저가의 기계 사들여서 생산하는 제품은 중국 업체보다도 못하다는 평을 들으며 시장에서
생존하기 어려울 것입니다.
높은 제품 퀄리티와 장기적인 사업의 방향을 보신다면 40년 동안 일본, 독일등 국가들과 기술협력으로 독자적인 기술력과
경험, 노하우를 바탕으로 지속적인 연구 계발을 하고 있으며 해외 우수 대기업에 납품 실적이 있는 와이에스티티와 상의하신다면
새로운 대안과 방안을 찾으실 수 있도록 최선을 다해서 대응하여 드리겠습니다.
경기도 시흥시에 자리잡고 있는 공업로, 열처리 장비 생산업체인 와이에스썸텍(YSTT)은 81년 부터 현재까지
한국 뿌리산업 열처리 장비 공업로 생산을 지키고 있는 회사 입니다.
한때, 대한민국의 PDP열처리 장비는 YSTT에서 다 설치했다라고 할 만큼 납품실적도 우수합니다.
현재는 국내를 넘어서 중국, 대만, 동남아, 미국등 대기업에 장비를 납품하고 있으며
소성로, 전기로, 진공로, 소결로, OLED건조로와 같은 최신 클린룸 열처리 장비까지 고객의 요청에
맞추어 맞춤 설계, 제작 가능한 대체 불가능한 국내 우수 인력과 경험을 가지고 있습니다.
한국 공업로, 열처리 장비 분야에서 역사의 한 페이지를 장식하는 강소업체의 역량을 제품으로 경험하여 보시기
바랍니다.
열처리란? 열처리장비 제작 KOREA Furnace Manufacturer
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