열처리의 결함 및 대책

열처리의 결함 및 대책에 대해 알아보겠습니다.

열처리의 결함은 대부분 가열 시 결함에서 많이 나타납니다. 대표적으로 가열 온도 및 시간의 부적당과 산화 및 탈탄이 주로 원인이 됩니다. 가열 온도 및 시간의 부적당 같은 경우는 대형 로에서 영향이 크며 노의 설계, 버너의 배치, 노의 형식, 불꽃 방향, 연소 방법 등의 장입 방법에 대한 고찰이 필요하며 부품의 노내 장입 시 온도 분포의 파악이 필요합니다. 또한 온도 측정의 부정확은 온도 측정의 오차로 인한 문제점이며, 온도계의 설치 위치 및 개수가 필요한 중요한 변수이며 강의 표면 및 중심부의 온도 차이에 의해 발생하는 문제이며 이를 방지하기 위한 방법은 염욕로를 사용하여 승온 및 유지시간을 단축하게 가능합니다.

산화는 강이 산화성 분위기에서 고온가열 시 스케일이 발생하는 것이며 고온에서 산화물의 용해가 일어날 경우 산화가 촉진되며 표면이 거칠어집니다. 산화에 의한 탈탄 및 잔여 스케일에 의해 강 표면의 얼룩이 담금질 과정에서 형성이 되며 스케일 제거에는 황산 및 염산 수용 약을 이용됩니다. 탈탄은 고온에서 강이 산화할 때 표면의 탄소 또는 일산화탄소 가스 상태로 제거되어 표면의 탄소 농도가 저하되며 고온에서 탈탄이 빨라지며 담금질 경도가 부족하여 불균일이 발생합니다. 강 표면에 인장 응력 발생으로 변형이나 균열의 원인 되며 강의 기계적 강도 및 내피로 강도가 저하하며 염욕 및 금속 욕에 의한 가열이 탈탄을 방지시켜주며 분위기 가스 또는 진공 가열을 선호하는 것이 좋습니다. 또한 강 표면에 도금 실시 또는 장시간 가열을 피하여 탈탄을 방지할 수 있습니다.

과열은 탄소강 및 합금강을  1000℃이상  가열 시 결정의 조대화 및 과열조직이 형성되는 것이며 과열 조직은 강의 인성과 항복점을 저하시키며 과열 조직이 회복을 위해 열간 가공 온도 범위에서 가열 후 A1점 이하까지 냉각 후 오스테나이트 온도 상태에서 재가열 후 공랭을 실시하며 적당한 온도로 가열을 유지하고 알루미늄, 황 같은 합금원소를 첨가하여 과열 조직을 방지합니다. 변형은 균열과 급랭 시 부품 내 온도 불균형에 의한 것을 의미하며 담금질한 충분한 풀림 과정이 요구되며 고온가열의 경우 불안정한 지지는 강의 자중으로 인한 변형을 초래하기에 각별히 주의해야 합니다.

표면경화 작업시 결함과 방지대책

표면경화의 결함에는 크게 침탄 및 고주파에 대한 결함이 있습니다. 침탄 담금질의 결함은 침탄 표면의 일부에 표면 경화가 되지 않은 부분에 담금질 얼룩이 발생한 것이며 연삭이 부적당한 경우 연삭 역에 의한 연화 및 균열이 발생합니다. 과잉 침탄에 의한 박리현상이 발생하며 침탄 완화제를 사용하여 줄일 수 있는 방법이 있고 심랭 처리로 인한 침탄 담금질로 변형을 방지할 수가 있습니다. 고주파 담금질의 결함은 경도 부족 및 경도 얼룩이 발생하는 것이며 고주파 발전기의 파워 부족에 의한 가열 온도 부족도 원인이 될 수 있습니다. 예열 후 단속적으로 전기를 통하면서 가열 후 담금질 실시로 균열을 방지할 수도 있습니다. 탄소햠유량도 균열이 영향을 줄 수 있는데 보통 탄소 함유량이 0.4% 이상이면 균열이 발생하기가 쉽습니다. 부분적으로 담금질로 전체적인 담금질보다 변형은 작지만 부분적으로 변형이 커지는 경우에 발생하기도 합니다.

질화처리의 결함과 대책

질화처리 시 결함은 경도의 부족과 질화 층의 박리가 발생하는 것이며 강의 표면에 백 층이 많은 경우 제거한 후 방지하며, 발생 방지를 위해 질화 온도를 높이고 해리도를 20% 이상으로 하며 탈탄 된 재료의 질과 시 질화층 붕괴 또는 박리가 발생합니다. 질화 시간이 길어질 경우 원재료의 뜨임 발생으로 강도가 저하되므로 뜨임 온도를 충분히 높여주며 뜨임 치성이 발생하므로 몰리브덴을 첨가하여 방지하는 방법도 있습니다. 질화층은 미세하지만 체적의 팽창으로 변형이 발생하며 질화 표면에 얼룩이 있을 경우 더 심각하게 나타 바니다. 살이 두꺼운 부분의 변형이 적으며 살이 얇은 부분에서 변형이 크게 일어나기도 합니다. 질화 방지를 위해 도포 막을 이용하는 경우 건조 중 도포막이 불충분한 날이나 모서리 부분이 생겨 질화가 되는 경우가 발생하기도 합니다.