금속 재료를 각종 사용 목적에 따라 기능을 충분히 발휘하려면 합금만으로는 되지 않는다.
그러므로 충분한 기능을 발휘시키기 위해서 금속을 적당한 온도로 가열 및 냉각시켜 특별한 성질을 부여하는 것을 열처리라 한다.

 

1. 일반 열처리

 (1) 담금질

1. 담금질 목적 : 경도와 강도를 증가시킨다.

 

2. 담금질 조직

 

  (가)마텐자이트
    가) 수냉으로 인하여 오스테나이트에서 C를 과포화된 페라이트로 된 것이다.
    나) 침상의 조직으로 열처리 조직 중 경도가 최대이고, 부식에 강하다.
    다) Ar"변태 : 마텐자이트가 얻어지는 변태이다.
    라) Ms, Mf점 : 마텐자이트 변태의 시작되는 점과 끝나는 점이다.

 

  (나) 트루스타이트
    가) 트루스타이트보다 냉각이 느릴 때(공랭) 얻어진다.
    나) 트루스타이트보다 경도는 작으나 강도, 탄성이 함께 요구되는 구조 강재에 사용 : 스프링등

 

  (다) 오스테나이트
    가) 냉각속도가 지나치게 빠를 때 A1 이상에 존재하는 오스테나이트가 상온까지 내려온 것 (경도가 낮고 연신율이 큼. 전기 저항이 크나 비자성체임, 고탄소강에서 발생, 제거 방법 : 서브제로 처리)
    나) 서브제로(심랭) 처리: 담금질 직후(조직 성질 저하, 뜨임 변형유발하는) 잔류 오스테나이트를 없애기 위하여 0도 이하로 냉각하는 것 (액체 질소, 드라이아이스로-80℃까지 냉각함)
    다) 담금질 질량 효과 : 재료의 크기에 따라 내. 외부의 냉각속도가 틀려져 경도가 차이나는 것 {질량 효과가 큰 재료 : 담금질 정도가 작다.(경화능이 작다)}
    라) 각 조직의 경도 순서 : 시멘타이트 > 마텐자이트 > 트루스타이트 > 소르바이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트
    마) 냉각속에 따른 조직변화 순서 : M(수냉)>T(유냉)>S(공랭)>P(노냉).
            펄라이트 : 노안에서 서냉한 조직(열처리 조직이 아님).
    바) 담금질액
          (a) 소금물 : 냉각속도가 가장 빠름.
          (b) 물 : 처음은 경화능이 크나 온도가 올라갈수록 저하(C강, Mn강, W강의 간단한 구조).
          (c) 기름 : 처음은 경화능이 작으나 온도가 올라갈수록 커진다.(20℃까지 경화능 유지).
          (d) 뜨임
          담금질된 강을 A₁변태점 이하로 가열 후 냉각시켜 담금질로 인한 취성을 제거하고 경도를 떨어뜨려 강인성

          을 증가시키기 위한 열처리이다.
              a) 저온 뜨임 : 내부응력만 제거하고 경도 유지 - 150℃
              b) 고온 뜨임 : 소르바이트 조직으로 만들어 강인성 유지 -500∼600℃

 (2)불림

1. 목적 : 결정 조직의 균일화(표준화), 가공재료의 잔류응력 제거
2. 방법 : A₃, A㎝ 이상 30∼50℃로 가열 후 공기중 방랭, 미세한 소르바이트 조직이 얻어짐.

 (3) 풀림

1. 목적 : 재질의 연화

2. 종류
    (가) 완전 풀림 : A₃, A₁이상, 30∼50℃로 가열 후 노내에서 서냉-넓은 의미에서의 풀림
    (나) 저온 풀림 : A₁이하(650℃) 정도로 노내에서 서냉-재질의 연화
    (다) 시멘타이트 구상화 풀림 : A₃, A㎝ 20-30℃로 가열후 서냉-시멘타이트 연화가 목적

 

 

 

2. 항온 열처리

강은 변태점 이상으로 가열한 후 변태점 이하의 어느 일정한 온도로 유지된 항은 담금질욕 중에 넣어 일정한 시간 항온 유지후 냉각하는 열처리이다.

 (1) 항온 열처리의 특징

1. 계단 열처리보다 균열 및 변형 감소와 인성이 좋아진다.
2. Ni, Cr 등의 특수강 및 공구강에 좋다.
3. 고속도강의 경우 1,250-1,300℃에서 580℃의 염욕에 담금하여 일정시간 유지후 공랭한다.

 (2) 항온 열처리의 종류

1. 오스템퍼 : 베이나이트 담금질. 오스테나이트 상태에서 Ar'와 Ar"(Ms)변태점간 염욕 담금질하여 점성이 큰 베이

    나이트 조직을 얻을 수 있으며, 뜨임이 불필요하며, 담금 균열과 변형이 없다.

 

2. 마템퍼 : 오스테나이트 상태에서 Ms점과 Mf점 사이에서 항온 변태후 열처리하여 얻은 마텐자이트와 베이나이트

    의 혼합조직과 충격치가 높아진다.

 

3. 마퀜칭 : S곡선의 코 아래서 항온 열처리 후 뜨임으로 담금 균열과 변형 적은 조직이된다.

 

 

 

3. 표면 경화법

 (1) 침탄법

0.2% 이하의 저탄소강을 침탄제와 침탄 촉진제를 함께 넣어 가열하면 침탄층이 형성된다.

 

1. 고체 침탄법: 침탄제인 모탄이나 코크스 분말과 침탄 촉진제(BaCO₃, 적혈염, 소금 등)를 소재와 함께 침탄 상자에서 900∼950℃로 3∼4시간 가열하여 표면에서 0.5∼2mm의 침탄층을 얻는 방법이다.

 

2. 액체 침탄법 : 침탄제(NaCN, KCN)에 염화물(NaCl, KCl, CaCl₂등)과 탄화염(Na₂CO₃,K₂CO₃등)을 40∼

    50% 첨가하고 600∼900℃에서 용해하여 C와 N가 동시에 소재의 표면에 침투하게 하여 표면을 경화시키는 방

    법. 침탄 질화법이라고도 하며, 침탄과 질화가 동시에 된다.

 

3. 가스 침탄법 : 이 방법은 탄화수소계 가스(메탄 가스, 프로판 가스 등)를 이용한 침탄법이다.

 (2) 질화법

NH₃(암모니아)가스를 이용하여 520℃에서 50∼100시간 가열하면 Al, Cr, Mo등이 질화되며, 질화가 불필요하면 Ni, Sn 도금을 한다.

 

         [침탄과 질화법]

 

침탄법	질화법
경도가 작음 침탄 후 열처리가 큼 침탄 후 수정이 가능함 단시간 표면경화 변형 생김 침탄층 단단함	경도가 큼 열처리 불필요 질화 후 수정이 불가능 시간 길다 변형 적음 여리다.

 (3) 청화법(침탄 질화법, 시안화법)

침탄 소재 CN 화합물을 주성분으로 한 시안화나트륨(NaCN), 시안화칼륨(KCN)과 유동성을 좋게 하고 융점을 강하시키기 위해서 naCl, KCI,Na₂CO₃, BaCl₃ 등을 첨가하여 600∼900℃로 용해시킨 염욕중에 일정 시간을 유지하여 탄소와 질소가 소재 표면으로 침투하게 하는 침탄법 및 액체 침탄법(침지법)과 살포법이 있다.

 (4) 금속 침투법

1. 세라다이징 : Zn침투     
2. 크로마이징 : Cr 침투
3. 칼로라이징 : Al 침투    
4. 실리코나이징 : Si 침투     
5. 보로나이징 : B의 침투

 (5) 기타 표면 경화법

1. 화염 경화법 : 0.4%C 전후의 강을 산소-아세틸렌 화염으로 표면만 가열 냉각시키는 방법, 경화층 깊이는 불꽃온도, 가열시간, 화염의 이동 속도에 의하여 결정된다.

 

2. 고주파 경화법 : 고주파 열로 표면을 열처리하는 것으로 경화시간이 짧고 탄화물을 고용시키기가 쉽다.