열처리의 개요

열처리 종류와 설비에 대해 알아보겠습니다.

열처리란 강의 가열과 냉각의 온도 및 속도를 조절하여 기계적 특성을 바꾸는 처리법입니다. 대표적으로 불림, 담금질, 뜨임, 풀림, 항온 담금질, 상온 시효가 있으며 가장 먼저 불림에 대해 알아보겠습니다. 불림은 강을 오스테나이트 영역으로 가열 후 공랭하여 균일한 구조 및 강도를 증가시키는 열처리법입니다. 담금질 같은 경우는 강을 변태점 이상의 고온인 오스테나이트 상태에서 급랭하여 A1 변태를 저지하여 강도와 경도를 증가시키는 열처리법입니다. 오스테나이트는 고탄소강을 수중에서 급랭하였을 때 나타나는 조직으로 인성이 높고 가공성이 좋습니다. 마텐자이트는 열처리 조직 중 경도와 부피 변화가 가장 큰 조직으로 알려져 있습니다.

뜨임은 담금질 이후 변태점이하로 재가 열하여 냉각시키는 열처리법이며 경도는 다소 작을 수 있으나 인성을 증가시키는 열처리법입니다

풀림은 시편을 오스테나이트와 페라이트보다 40℃ 이상에서 필요한 시간 동안 가열 후 서서히 냉각시키는 열처리 방법입니다. 항온 담금질 법은 크게 2가지로 나누어집니다. 가장 먼저 오스템퍼링은 오스테나이트에서 베이 나이트 변태가 일어나도록 유지하고 상온으로 공랭 시키는 방법이며 마템퍼링은 강을 오스테나이트화하고 마텐자이트 변태 시작 온도 이상의 뜨거운 오일이나 용융염에 급랭하고 강을 담금 질액 내에서 온도가 균일화할 때까지 유지하고 베이나이트 변태가 시작하기 전에 항온 처리를 마치고 적절한 상온으로 냉각시키면 생기는 것입니다. 상온 시효는 과포화 고용체가 상온에서 시간의 경과를 따라 제2상을 석출 하며 강도, 경도가 증가하는 현상입니다, 마텐자이트는 오스테나이트 상태에 있는 탄소강이 임계 냉각 속도 이상으로 급랭 시 경도가 높은 상태로 변화하는 것이며 강의 경우 마텐자이트의 결정구조는 치환형 원소와 상관없이 탄소 함유량에 따라 조직이 변화합니다.

 

펄라이트 변태와 잔류 오스테나이트의 특징

펄라이트는 공석 조성의 탄소강은 A1점에서 오스테나이트에서 펄라이트로 변화가 시작하며 아 공석강에서는 페라이트가 먼저 형성이 되며 과공석강에서는 시멘타이트가 먼저 석출이 됩니다. 성장할 시와 같이 페라이트가 석출 된 다음, 주위 탄소 농도가 높아진 영역에서 시멘타이트가 석출 하는 식으로 횡 방향과 전 방향으로 주로 성장합니다. 베이 나이트는 강을 550 ℃와 Ms 온도 사이에서 항온 변태 처리 후 오스테나이트 결정립계가 되고 그 이후 페라이트가 생성이 된 다음 오스테나이트의 탄소가 증가하여 시멘타이트를 형성합니다. 동시에 페라이트와 시멘타이트가 함께 성장하여 두 조직의 중간조직이 형성되는데 이것이 베이 타이트입니다. 특징은 변태 온도에 따라 상부 베이나이트 경도와 인성 변화는 미미하며 변태 온도의 강하에 따라 경도와 인성의 급격한 변화가 생깁니다. 잔류 오스테나이트는 0.6%의 탄소 함유량을 가진 탄소강에서 마텐자이트의 끝이 나는 온도가 상온 이하로 내려가기 때문에 생성되는 것이며 상온까지 담금질을 실시해도 마텐자이트 변태의 종류는 어렵습니다. 심랭 처리법은 담금질 상태의 가을 상온 이하 특정 온도로 냉각하면 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변화 및 처리하는 방법입니다.

 

열처리설비의 종류와 특징

대표적으로 조업방식에 대한 분류법이 있습니다. 종류는 연속식과 회분식(batch) 식이 있습니다. 연속식은 처리 부품을 노의 입구에서 장입 하여 승온 유지, 냉각 처리를 연속적으로 시행하며 다량생산에 유리합니다. 회분식은 처리 부품을 노내에 장입 후 승온, 유지, 냉각 처리하는 방법입니다. 가열 방식에 따른 분류법은 전기 저항로와 연소로 및 염욕로가 있으며 전기 저 항로에는 금속 발열체와 비금속 발열체가 있습니다. 금속 발열체는 1500℃까지는 실리콘 합금 발열체에 이용되며 1500~2000℃까지는 몰리브덴 및 텅스텐에 이용됩니다. 비금속 발열체는 1600℃까지는 탄화규소를 주로 이용하며 3000℃까지는 흑은 계 발열체 또는 불활성 가스, 수소가스에 이용됩니다. 흑연 관상로는 관 자체가 저항 발열체로 2800℃까지 사용이 됩니다. 연소로는 가스연료와 액체연료를 사용하며 승온 특성, 균열 특성, 분위기 안정성 등의 요구에 의해 가스연료도 대체되는 현상입니다. 염욕로는 용융염의 열량이 크고 처리 부픔의 금속 가열이 가능한 장점이 포함되어 있으며 무산화 상태로 가열되는 방식이며 1200~1350℃의 고온에서 무산화 급속 가열에 적합합니다.