철강 열처리 기술 공정원리
얼마전에 현장사례 열처리 기술 관련 교육을 받고 내용을 혼자서 정리해 봤습니다.
제가 원하는데로 순차적으로 정리된 건 없어서 여기 저기 찾아보고 제가 교육 받은걸 보기 좋게 정리해 봤어요.
(틀릴수도 있다는 이야기죠 ㅎㅎ 수정사항 있으면 댓글 주세요.)
학습하시는 분들께 도움이 됐으면 합니다.
열처리 목적:원자의 결정구조를 재배치하여 강도를 조절하여 특별한 성질을 부여함에 있다.
1. BRAVAIS 격자구조
체심입방 BCC-(열이 가해지지 않은 순수 상태) 충진률 68%, 공간32%
면심입방 FCC-(가열후 원자사이에 공간이 존재) 충진률 74%, 공간26%
체심정방 BCT-(가열 했던 공간 사이에 탄소가 자리 잡은 후 팽창하여 굳어진 상태)
2. 금속결함의 종류
점결함 - 공공(원자가 비거나), 침입형원자(다른 원자가 배열을 무시하고 들어 오거나), 불순물(이물이 끼임)
선결함 - 전위(공공이 선단위로 발생할 경우 선상 원자의 정렬에 생기는 결함)
면결함 - 결정립계(원자의 배열같으나 방향이 다른 두 원소 집단에서 발생하는 결함)
*결함의 중요성 : 금속의 결함을 많이 발생시킬수록 입자의 밀도가 상승하여 강도가 상승
3. 열처리의 종류
담금질(QUENCHING) - 강을 적당한 온도로 가열하여 오스테나이트 조직에 이르게 한 뒤, 마텐자이트 조직으로 변화시키기 위해 급냉시키는 열처리 방법이다. 담금질은 강의 경도와 강도를 증가시키기 위한 것이다. 강의 담금질 온도가 너무 높으면 강의 오스테나이트 결정 입자가 성장하여 담금질후에도 기계적 성질이 나빠지고 균열이나 변형이 일어나기 쉽다. 따라서 담금질 온도에 주의해야 한다.
뜨임(TEMPERING) - 담금질한 강은 경도가 증가된 반면 취성을 가지게 되고, 표면에 잔류 응력이 남아 있으면 불안정하여 파괴되기 쉽다. 따라서 적당한 인성을 재료에 부여하기 위해 담금질 후에 반드시 뜨임 처리를 해야한다. 즉 담금질 한 조직을 안정한 조직으로 변화시키고 잔류 응력을 감소시켜, 필요로 하는 성질과 상태를 얻기 위한 것이 뜨임의 목적이다. 담금질한 강을 적당한 온도까지 가열하여 다시 냉각시킨다.
풀림(Annealing) - 일반적으로 풀림이라 하면 완전 풀림(full annealing)을 말한다. 주조나 고온에서 오랜 시간 단련된 금속재료는 오스테나이트 결정 입자가 커지고 기계적 성질이 나빠진다. 재료를 일정 온도까지 일정 시간 가열을 유지한 후 서서히 냉각시키면, 변태로 인해 최초의 결정 입자가 붕괴되고 새롭게 미세한 결정입자가 조성되어 내부 응력이 제거될 뿐만 아니라 재료가 연화된다. 이러한 목적을 위한 열처리 방법을 풀림이라 부른다. 풀림의 목적을 다음과 같이 정리할 수 있다. a) 단조나 주조의 기계 가공에서 발생한 내부 응력 제거
b) 열처리로 인해 경화된 재료의 연화
c) 가공이나 공작으로 경화된 재료의 연화
d) 금속 결정 입자의 미세화
불림(normalizing) - 불림의 목적은 결정 조직을 미세화하고 냉간 가공이나 단조 등으로 인한 내부 응력을 제거하며 결정 조직이나 기계적 성질과 물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다. 강을 불림 처리하면 취성이 저하되고 주강의 경우 주조 상태에 비해 연성이나 인성 등 기계적 성질이 현저히 개선된다. 재료를 변태점 이상의 적당한 온도로 가열한 다음 일정 시간 유지시킨 후 공기 중에서 냉각시킨다. 이렇게 하여 미세하고 균일하게 표준화된 금속 조직을 얻을 수 있다.
4. 조직의 종류
1)α상:BCC 순철,연하고 전연성이 크며 강자성체이다. (특징:경도가 낮고,전이가쉽다,내식 내열성이 뛰어남) [페라이트상]
2)γ상:FCC 726°C 이상으로 가열하였을때 이루어지는 조직(특징:철과강의 기준점) 상온에서 존재불가→급냉후 상온에서 존재가능 [오스테나이트상] *잔류오스테나이트상:추후 변형이가능 (발생조건:고탄소,고합금,과열시 발생)
3)마르텐사이트상:탄소를 과포화 상태로 고용하는 α고용체인 철,담금질강의 조직 (특징:상온에서 불안정) *727°이상의 금속을 급냉할시 BCT구조가 형성
4)펄라이트 조직:미세한 α상과 시멘타이트상 조직 (특징:녹이잘슴)
상태도는 탄소함량이 최대6.67%까지만을 그린 것으로 그 이상의 탄소함량 합금은 쉽게 파손 되어 미표시.
5. 예시 분석
위 제품은 SKD11로(강, 공구용, 11종) 합금강이며 탄소는 1.4~1.6대에서 오스테나이트를 마르텐사이트화 시켜 시멘타이트 구조화 하였으며 이후 템퍼링을 통하여 구상 시멘트화 한 제품을 다시 한번 더 템퍼링하여 안정화 시켜 만든 제품입니다.
철강 열처리 기술 공정원리
