열처리 기초
금속 재료는 그 기능을 충분히 발휘할 수 있는 경도, 강도, 인성 등의 기계적 성질이 요구된다. 또 가공이 어려운 소재가 있거나, 용접, 가공 등에 의한 내부 응력이 남게 되는 경우가 있는데, 이러한 경우에도 가공을 쉽게 하기 위하여 내부 응력을 제거하여야 한다. 이와
같이 필요한 기계적 성질을 얻기 위하여 또는 가공을 쉽게 하기 위하여 열을 이용하여 처리하는 모든 조작을 열처리라 한다.
금속 재료는 화학 조성이나 가공 방법이 같더라도 가열 후의
유지 시간, 냉각 속도와 그 처리 방법을 달리하면 가열 전과는 다른 성질을 가지게 된다. 따라서 같은 금속이라도 열처리 방법을 개선하면 보다 우수한 성질과 특성을 가지는 새로운 금속 재료를 얻을 수가
있다.
※열처리 3대 조건 : 가열온도, 가열
후의 유지 시간, 냉각속도와 방법
1)열처리의 목적
(1)금속 재료로서 필요한 성질의 개선
①강도, 경도, 인성, 연성 등의 기계적 성질의 개선
②내마멸성의 개선과 내식성의 향상
③변형의 방지(잔류 응력, 조직 변화 등)
(2)재료의 가공성 개선
①피삭성의 개선
②소성 가공성의 향상
(3)제조 공정으로서의 열처리
①흑연화 풀림과 응력 제거 풀림
②표면 처리
③분말 야금의 소결 처리와 자성 재료 등의 열처리
2)열처리의 방법
변태와 석출이 일어나는 합금의 경우에는 냉각이 빨라지게 되면 그 조직이 평형 상태를 이루지 못하고 준안정 조직이 된다. 이는 평형 상태가 되기 위한 농도의 변화에 따라 합금 조직의 변화가 일어나기 때문이다. 이처럼 냉각 속도가 변하면 평형 상태와 다른 조직이 되고, 그 성질도
변하게 된다.
열처리의 종류를 크게 나누면, 주조나 단조 후의 편석과 잔류 응력 등을 제거하고 균질화를 위한
노멀라이징(normalizing)과 연화를 위한 풀림(annealing)
및 경화를 위한 담금질(quenching), 그리고 담금질한 후 강인성을 주기 위한 뜨임(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다. 또 표면은 내마멸성이
높고, 중심부는 내 충격성이 큰 이중 조직을 가지게 하는 표면 경화(surface
hardening)도 있다.
(1)가열 방법
가열 방법에는 가열 온도와 속도가 열처리의 중요한 인자로서 작용하게 되는데, 가열 온도가 변태점
이상인지 아하인지에 따라 그 열처리 결과도 달라진다. 변태점 이상으로 가열하는 것은 풀림, 노멀라이징, 담금질이며, 변태점
이하로 가열하는 것은 뜨임 처리이다.
가열 속도는 늦은 경우와 빠른 경우가 있는데, 서서히 가열하는 것이 전통적인 방법이다. 급속한 가열은 새로운 방법으로 현재 풀림과 고주파 담금질, 화염
담금질 등에 사용되고 있다.
(2)냉각 방법
가열 방법뿐 아니라 냉각 방법에 의해서도 열처리 결과가 달라진다. 냉각 온도 범위에는 열처리
온도부터 화색이 없어지는 온도(약 550℃)까지의 범위와 약 250℃ 이하의 온도 범위이다. 약 550℃까지의 범위는 담금질 효과의 정도를 결정하는 온도 범위로서
임계 구역이라고도 한다. 따라서 이 구역을 빨리 냉각시키면 강은 경화되고 느리게 냉각되면 경화되지 않는다. 250℃ 이하인 Ar”(마텐자이트 변태가 시작되는 온도 = Ms) 범위는 담금질 처리의 경우에만 필요한 온도 범위이며, 여기에서
담금질 균열이 나타날 수 있으므로 이를 위험 구역이라 한다.
|
처리 |
필요한 냉각 온도 범위 |
필요한 냉각 속도 |
|
풀림 |
550℃까지(Ar’)
그 이하의 온도 |
극히 서서히
공랭으로도 가능 |
|
노멀라이징 |
550℃까지(Ar’)
그 이하의 온도 |
방랭(공기 중)
서서히 |
|
담금질 |
550℃까지(Ar’)
250℃ 이하(Ar”, Ms) |
빨리(수냉,
유냉)
서서히 |
|
뜨 임 |
뜨임 온도 부터(뜨임 연화)
뜨임 온도 부터 |
급랭
서서히 |
|
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