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2. 강의 열처리

강에 기계적 성질, 화학적 성질 등을 부여하기 위하여 가열 및 냉각을 하여 필요한 성질을 얻는 방법이다.

(1) 일반 열처리

[1] 담금질

강의 강도, 경도를 증가시킬 목적으로 가열 후 급냉한다.

① 담금질 온도
＊아공석강: A₃변태점보다 30-50°C 높게 가열 후 급냉
＊과공석강: A₁변태점보다 30-50°C 높게 가열 후 급냉

② 담금질 조직
＊ 수유 냉각: 마텐 자이트
＊ 유중 냉각: 루루스 타이트
＊ 공기중 냉각: 소루 바이트
＊ 가열로내에서 냉각: 펄 라이트

※ 경도: 마텐자이트>루루스 타이트>소르바이트>펄 라이트

※ 질량효과: 담금질시 재료의 크기에 따라 냉각속도가 내부와 외부가 다르므로 경도차이가 생긴다. 이를 질량효과라 한다.

※ Sub zero처리(심냉처리): 담금질 직 후 잔류 오오스테나이트를 제거하기위해 500-600°C이하로 냉각처리

[2] 뜨임
내부 응력제거와 인성개선 목적으로 담금질 이후에 실시한다.

① 저온 뜨임: 담금질 조직에서 경도만이 요구되는 경우 150°C 부근에서 가열 후 냉각
② 고온 뜨임: 구조용 강은 강인한 조직인 소르바이트 조직으로 바꾸기 위하여 500-600°C에서 한다.

[3] 풀림
재료의 내부 응력을 제거하고 경화된 재료를 연화하기 위하여 가열 후 서냉한다.

① 완전 풀림: A₃- A₁변태점 이상 30-50°C에서 가열하여 서냉
② 항온 풀림: A₁변태점 바로 위의 온도까지 가열하여 일정시간 유지 후
A₁ 변태점 바로 밑의 온도에서 항온 변태를 완료 시키는 것으로 가장 짧은 시간에 플림처리 할 수 있다.
③ 응력 제거 풀림: 기계가공에 의한 내부응력을 제거시키기 위해 150-600°C 애소 가열 후 냉각한다.
④ 연화 풀림: 가공 경화된 재료도 가공 도중에 A₁변태점 이하에서 가열 후 냉각한다.
⑤ 구상화 풀림: A₁변태점 부근까지 가열 후 냉각하여 조직이 미세화되면서 표면 장력에 의하여 구상화된다.

[4] 노멀 라이징
A₃또는 Acm 선보다 30-50°C 높이에 가열후 균일한 오스레나이트 조직으로 된 다음 공냉하여 조직이 미세화하고 표준화된 조직을 얻는 열처리를 말한다.

(2) 항온 열처리

강을 가열 후 냉각시킬 때 냉각도중 어떤 온도에서 냉각정지한 다음 그 온도에서 변태시켜 변태 개시온도와 변태완료 온도를 온도-시간 곡선으로 나타낸 것을 항온 변태곡선이라고 하는데 이 곡선을 이용한 열처리를 항온 열처리라 한다.

◎목적: 변형방지와 인성을 부여하기위해서

항온 변태곡선(Isothermal Transformation curve)= TTT곡선

[1] 오스 템퍼
담금질 온도에서 염욕 중에 넣어 항온 변태를 끝낸 것으로 베이나이트 조직이 되며 뜨임이 필요없고 균열과 변형이 잘 생기지 않는다.

[2] 마아 템퍼
Ms점 이하의 항온 염욕 중에 담금질하여 냉각시킨것으로 마텐자이트와 베이나이트의 혼합조직이 얻어진다.

[3] 마아 퀜칭
Ms보다 다소 높은 온도의 염욕에서 담금질한 것을 마텐자이트 변태시켜 균형과 변형을 방지하는 방법.

(3) 표면 경화 열처리

[1] 화학적인 방법

① 침탄법: 0.2@ 이하의 저탄소강의 표면에 침탄제와 침탄 촉진제를 침투시켜 경도를 높이는 방법

   (가) 고체 침탄법
   ＊ 철제 상자에 침탄제인 목탄, 코우크스 분말과 촉진제로 탄산바륨(BaCD₃)을 혼합해 넣고 용기를 침탄로 중에서 900-950°C로 가열하여 침탄한다.
   ＊ 침탄시간: 3-4시간
   ＊ 침탄깊이: 0.5-2mm

   (나) 가스 침탄법
   ＊ 메탄가스나 프로판가스와 같은 탄화수소계의 가스를 사용한 침탄방법
   ＊ 침탄온도: 650-870°
   ＊ 균일한 침탄층이 얻어지는 장점이 있다.
   ＊ 열효율이 좋고 작업이 간단하며 연속적인 침탄이 가능하고 대량생산에 적합.

② 액체 침탄법(시안화법)
＊ 청화법이라고도 하며 침탄제로 KCN,NaCN 등을 주성분으로 염화물이나 탄산염을 40-50% 첨가하여 염욕중에서 600-900°C로 용해시키고 그 중에서 작업하면 탄소와 질소가 침투.
＊ 침탄시간: 20-30분
＊ 침탄깊이: 0.1-0.5mm

③ 질화법
           ＊ 암모니아(NH₃)로 표면을 경화하는 방법
           ＊ 질화시간: 50-100시간
           ＊ 질화온도: 520-550°C
           ＊ 경도가 대단히 크다.
           ＊ 내마멸성과 내식성이 크다.
           ＊ 담금질이 필요치 않다.
           ＊ 질화강은 변형이 적다.
           ＊ 크랭크 축, 캠, 체인, 펌프 축, 톱니바퀴
           ＊ 벨브 등 주로 마모가 심한 곳에 사용
           ＊ 질화를 방지하려면 주석도금, 니켈 전기도금을 한다.

④ 금속 침투법
제품을 가열하여 그 표면에 다른 종류의 금속으로 피복시키는 동시에 합금층을 얻는 작업을 말한다. 주로 Al, Zn, Cr등을 사용한다.

           ＊ 크로마이징(Cromizing): Cr 침투
           ＊ 칼로라이징(Calorizing): Al 침투
           ＊ 실리코 나이징(Sillconizing): Si 침투
           ＊ 브로나이징(Boronizing): B 침투
           ＊ 세라디이징(Sheradizing): Zn 침투

[2] 물리적인 방법

① 화염 경화
탄소강이나 합금강에 0.4% 탄소 전후의 재료를 필요한 부분에 산소-아세틸렌의 화염등 고온으로 가열하여 담금질해서 표면만 경화하는 법이다.

② 고주파 경화
화염 경화와 같은 원리이나 고주파 전류를 이용한 방법으로 담금질시간이 짧고 복잡한 형상에도 이용할 수 있다.

③ 쇼트 피이닝
금속재료 표면에 강구를 고속으로 분사시켜 가공경화에 의하여 표면층에 경도를 높이고 반복하중에 대한 피로한도를 높인다.

④ 하드 페이싱(도금)
금속의 표면에 스텔라이트나 경합금 등의 특수금속을 융착시켜 표면 경도를 높인다.