(1) 심냉처리
경화된 강중의 잔류 오스테나이트를 마아르텐사이트화 하기 위해서 0℃이하의 온도에서 냉각시키는 조작을 심냉처리라 한다.
심냉처리라 함은 공구강의 경도 증가 및 성능향상을 할 수 있고 게이지 및 베어링 등의 정밀 기계부품의 조직을 완전하게 하고 시효에 의한 형상 및 치수의 변화를 방지할 수 있다.
각종 심냉처리제
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한 제 |
온 도(℃) |
냉 각 매 |
온 도(℃) |
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식염24.8% 어름75.2%
에텔(ether)＋드라이아이스
액체산소(O2)
액체질소(N2)
액체헬륨(He) |
－21.3
－78
－183
－196
－270 |
후레온가스
암모니아가스
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0~－100
0~－50
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심냉처리 시편의 성분
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시편기호 |
C% |
Mn% |
W% |
Cr% |
V% |
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A탄 소 강
B탄 소 강
C탄 소 강
D다이스강
E다이스강
F베어링강 |
0.40
0.89
1.07
0.94
1.24
1.04 |
－
－
－
0.17
0.33
0.35 |
－
－
－
0.82
1.59
－ |
－
－
－
0.60
0.76
1.54 |
－
－
－
0.20
0.20
0.20 |
㈀ 주의할 점
심냉처리에 따른 균열은 냉각온도가 낮으므로써 일어나기 쉽다. 그 원인은 다음과 같다.
ⓐ 담금질에 행한 강재에 탈탄층이 존재할 때
ⓑ 강재의 다듬질 정도가 거친 상태일 때
ⓒ 담금질 온도가 너무 높을 때
ⓓ 심냉처리의 온도가 불균일하거나 정확치 않을 때 등이다.
㈁ 냉각제의 성질
강이 경화(hardness)될 때에는 반드시 균열(cracking)의 위험이 따른다. 그러므로 냉각제는 다음과 같은 일반적인 성질을 구비하여야 한다.
ⓐ 강을 경화시킬수 있는 충분한 냉각능력을 가져야 한다.
ⓑ 강을 경화시킨 후 균열이나 변형의 발생이 적어야 한다.
ⓒ 대량 생산에 따른 균일한 제품이 유지되도록 냉각제가 장시간 변질됨이 없이 사용될 수 있는 것이어야 한다.
㈂ 시효현상
시효현상이란 강을 담금질하면 내부응력 및 조직변화에 의해서 시간이 경과함에 따라서 잔류오스테나이트가 마텐사이트로 변화하며 이 때 팽창하거나 수축을 하며 칫수의 변형이 나타난다. 이와 같은 현상을 시효현상 또는 자연균열(season cracking)이라고도 한다. 다음은 심냉처리에 따른 시효에 관한 성질이다.
ⓐ 심냉처리 후의 뜨임은 경도가 다소 저하하지만 균열에 대해서는 상당한 효과가 있다.
ⓑ Cr, W, Mo 등이 함유된 강은 시효에 따른 변형이 적다.
ⓒ 담금질을 한 후 바로 심냉처리하는 것보다 담금질한 후 약 150℃부근에서 뜨임(tempering)을 행한 후 심냉처리하고 다시 뜨임을 하면 시효변형이 상당히 적다.
㈃ 심냉처리(sub－zero treatment)의 요점
냉각속도는 심냉처리의 결과에 대해서 영향을 미친다. 심냉처리 유지시간은 1인치(inch) 두께에서는 30분정도 유지하며 냉각속도가 너무 빠르면 담금질 응력과 변태응력이 생겨서 담금질 균열을 발생한다. 일반적으로 강재를 담금질한 후 상온에서 1시간 이내에 심냉처리하면 된다. 만약 강재를 담금질한 후 1시간 이상 방치하면 심냉처리 효과가 감소된다. 10시간 정도 강재를 방치하면 잔류 오스테나이트의 양은 60~70%정도 남게 되며 이것은 변태가 이루어지지 않게 된다. 이후 소정의 온도에서 뜨임을 행한다.
각종 강의 심냉처리 예
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대 상 |
심 냉 처 리 의 예 |
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물담금질 금형강 |
물담금질한 직후에 －85~450℃의 온도에서 뜨임한 후 다시 －85℃에 뜨임한다. |
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Mo고속도강 |
공기담금질을 한 직후에 －85℃에서 3시간 유지후 550℃까지의 온도에서 뜨임한 후 이것을 3회 반복한다. HRc＝65~67정도가 된다. |
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고탄소－고크롬강 |
담금질한 후 －85℃에서 －100℃의 온도범위에서 2~4시간 유지하면 HRc가 4~6시간 정도 크게 된다. |
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베어링강 |
－85℃에서 3시간 유지한 후 120℃에서 뜨임하면 HRc가 67~68정도로 된다. |
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침탄강 |
－85℃에서 2시간 유지하면 HRc가 6~15정도 크게 된다. |
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고탄소강 |
담금질한 직후 －85℃에서 2~4시간 유지한다. |
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자석강 |
담금질한 직후 －85℃에서 4시간 유지한 후 150℃에서 1시간동안 뜨임하면 자성이 양호해진다. |
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알루미 주물 |
－85℃에서 2시간 유지한 후 180℃에서 가열시킨다. |
㈄ 심냉처리의 필요성
일반적으로 심냉처리는 강재의 뜨임온도가 270℃이하되는 물건에 그 효과가 있다. 뜨임온도가 270℃이상의 부품에서는 심냉처리가 필요치 않다. 높은 경도가 요구되는 물품에는 심냉처리를 해야 한다. 고속도강은 반복뜨임(repeated tempering)을 해야 하지만 오히려 심냉처리를 함으로써 반복뜨임을 하는 것보다 그 효과가 상당히 좋다. 또한 침탄이나 침탄질화의 표면의 잔류 오스테나이트의 경도를 저하된 것도 심냉처리를 하면 대단히 좋다. |
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