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[이경인19세손]

금속 열처리 종류와 방법

1) 담금질 : 퀜칭(quenching) 이라고 합니다.

       담금질은 재료의 경도와 강도를 높이기 위한 작업으로써 재료를 일정온도로 가열하여

(오스테나이트화 온도)일정시간 유지한 후에 물이나 기름 (때에 따라서는 공기 중)중에

빠르게 냉각하여 재료의 경도를 높이는 작업입니다.

2) 뜨임 : 템퍼링(tempering) 이라고 합니다.

        뜨임은 담금질처리 후 굉장히 경도가 높아져 있기 때문에 인성이 전혀 없습니다.

너무 강해 부러지기 쉽다는 말이죠. 이 재료를 뜨임을 통해 인성을 부여 하는 것 입니다.

일반적으로 

150~200도 사이에서 이루어지는 저온뜨임.

200~400도에서 이루어지는 중온뜨임.

500도 이상에서 이루어지는 고온뜨임으로 분류 됩니다.

중온 뜨임 시에는 트루스타이트조직을 고온 뜨임 시에는 소르바이트조직을 얻는 것이 일반적입니다.

3) 불림 : 노말라이징(normalizing) 이라고 합니다.

     불림은 재료를 표준조직으로 만들기 위한 작업입니다. 때로는 가공성을 높이기위해서 불림처리를 하기도 하지만 일반적으로는 가공 후 담금질 처리시 변형을 줄이기 위한 작업으로 행해지고 있습니다.

    일반적으로 재료를 일정온도로 가열하여(오스테나이트화 온도) 공기 중에 냉각하여(강제송풍냉각) 재료의 표준조직을 얻을 수 있습니다.

4) 풀림 : 어닐링(annealing) 이라고 합니다.

     풀림은 말 그대로 재료를 연하게 하기위한 처리입니다.

    가공을 쉽게 하기 위한 풀림(연화풀림), 응력을 제거하기 위한 풀림(응력제거풀림), 완전풀림 등으로 종류가 나뉘어 집니다.

    풀림처리는 일반적으로 재료를 일정온도로 가열유지한 후 노내에서 냉각하여(노냉) 재료를 연하게 만들어줍니다.

5) 표면강화 : 재료의 표면만을 단단하게 만드는 열처리방법입니다.

     종류에는 침탄(표면의 탄소 농도를 높인 후에 담금질하여 경도를 높이는 방법)

    고주파, 화염경화(재료의 표면만을 급가열하여 담금질하여 경도를 높이는 방법)

    질화(재료의 표면에 질소를 침투시켜 재료를 경하게 만드는 방법)

   코팅 및 도금 (재료와는 다른 재료를 표면에 코팅하여 재료를 경하게 만드는 방법) 등이 있습니다.

○ 침탄질화열처리

 - 처 리 로 : Batch Type 분위기 열처리로, Pit Type 분위기 열처리로

 - 특    성 : 침탄질화는 가공성이 좋은 연강, 저탄소강 또는 압연강판재를 가공한 후 그 표면층에 탄소 및 질소를 확산 침투시키고, 그후에는 담금질하여 표면을 경화시키는 처리 법이다.

    강의 내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고, 표면층은 높은 내마 모성을 유지할 수 있으며 처리온도가 낮아 담금질 왜곡이 적다.

 - 적용재질

      냉간압연강판 : SPCC, SPCD, SPHE

      열간압연강판 : SPHC, SPHD, SPHE

      저탄소강 : S10C, S15C, S20C

      쾌삭장재 : SUM 

○ 침탄열처리

 - 처 리 로 : 침탄로라인, 피트로라인 

 - 특    성 : 침탄은 가공성이 좋은 저합금강을 기계가공한 후 그 표면층에 탄소를 침투 확산시켜 고탄소강으로 하고, 그후에 담금질하여 표면을 경화시키는 처리법이다.

강의 내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고, 표면층은 내마모성을 유지할 수 있다. 

 - 종    류 : 고체침탄, 액체침탄, 기체침탄, 진공침탄, 플라즈마침탄 

 - 적용재질

        Ni-Cr-Mo강 : SNCM220, 415, 420, 439, 630

        Cr-Mo강 : SCM415, 631, 815

        Ni-Cr강 :SNC415, 631, 815

        Cr강 : SCr415, 420, 430

        Mn &Mn-Cr강재 : SMn420, SMnC420

        기타 탄소강재 

○ 연질화, 순질화

 - 처 리 로:  Base Gas 연질화로

 - 특    성 : Fe는 분자상의 를 흡수하기는 어려우나 고온에서  GAS와 접하면 쉽게 N와

화합한다. [  → N + 3H ] 질화처리는 낮은 온도에서 진행되므로 변형이 최소화되며 화합물층은 높은 내마모성과 내식성을 갖는다.

질화의 종류는 GAS질화, 액체질화, TUFFTRIDING 등이 있다. 

 - 적용재질

       탄소강 : 저탄소강, S45C, S50C, S55C

        합금강 : SCM435, SCM440, SCr435, SCr440

        주물류 : FC, FCD

        냉간압연강판재 : SPCC, SPCD

        질화강재 : SACM645 

○ 유도경화 열처리(고주파, 중주파)

 - 처 리 로 : 고주파 및 중주파 열처리로

 - 특    성 : 고주파 담금질은 가열원으로 피담금질 물체 내에 소위 SKIN EFFECT로서 유도된 고주파전류의 주울열을 주체로 한 담금질법이다. 다른 표면경화법과 다른점은 자체 경화능이 있는 강재를 사용하여 급속히 표면만을 가열하여 담금질 하므로서, 내부는 거의 소재상태로 유지되어 변형이 최소화 되며 필요한 부분만 선택적으로 열처리 하므로서 원하는 기계적 성질을 얻는 열처리이다. 

 - 적용재질

       탄소강 : S45C, S50C, S55C, SUJ2

       합금강 : SCM435, SCM440, SCr435, SCr440

       주물류 : FC, FCD

       스테인레스강 : SUS420, SUS420J2, SUS410, SUS430

○ Quenching & Tempering 열처리

 - 처 리 로 : Batch Type 분위기 열처리로, Pit Type 분위기 열처리로,

연속 Type 분위기 열처리로

 - 특    성 : 강을 담금질 경화하는 경우에는 적량의 C를 함유하는 강이 사용되며, 고온도로 가열한 강을 적정한 속도로 냉각시켜 A1변태를 저지하고 MARTENSITE조직을 얻는 것을 말한다. Quenching된 조직은 매우 강하나 Brittle한 조직이므로, 적당한 온도로 Tempering하여 인성이 풍부한 조직을 얻는다.

 - 적용재질

        탄소강 : S45C, S50C, S55C

        합금강 : SCM435, SCM440, SNCM439, SCr440

        공구강재 : SK3, SK5, SKS3, SKS5

        쾌삭강재 : SUM41, SUM42, SUM43

        스프링강재 : SUP3, SUP6, SUP9

        베어링강재 : SUJ1, SUJ2, SUJ3, SUJ4, SUJ5

        주물류 : FC, FCD 

○ 소둔, 소준 (Annealing, Normalizing)

 - 처 리 로 : 연속 Type 소준·소둔로, Batch Type 열처리로, Pit Type 열처리로, 진공로

 - 특    성 : 모든 강재를 다양한 목적을 얻기 위하여 적정한 온도로 가열한 후 적정한 속도로 냉각하는 열처리 방법이다. 소둔에서는 주로 응력제거 및 연화목적으로 처리하며, 응력제거소둔, 연화소둔, 완전소둔, 구상화소둔, 등온소둔, 확산소둔 및 자성소둔 등이 있다. 소준에는 주로 금속조직을 개선시켜 기계적성질을 향상 시키는데 목적이 있으며, 보통소준, 2단소준, 등온소준, 이중소준 등이 있다. 

 - 적용재질

       모든강재, 주물류 

○ 진공 Quenching & Tempering

 - 처 리 로 : 진공로

 - 특    성 : 합금 강재, 고속도공구강재, MARTENSITE계 Stainless강을 진공상태에서 복사 혹은 대류가열하고 적정한 냉각속도로 냉각하여 높은 경도의 MARTENSITE조직을 얻는 열처리이다. 진공상태에서의 가열이므로 표면에 침탄, 탈탄이 없으며, 가압냉각방식이며 냉각속도 제어도 가능하다. 

 - 적용재질

       합금공구강재 : SKD11종류, SKD61종류

       고속도공구강재 : SKH51, SKH55

       Stainless steel : MARTENSITE계열(SUS410, SUS416, SUS420J2, SUS440) 

○ 용체화열처리

 - 처 리 로 : 진공로

 - 특    성 : 특수강재나 석출경화계 Stainless steel의 경우에 적용하는 열처리로 고용화온도까지 가열하고 그 온도에서 충분히 성분금속을 고용한 후 급냉하여 과포화고용체를 얻는 방법이다. AUSTENITE계 SUS의 경우는 1000℃이상 가열하여 ANNEALING을 행하여 급냉하므로서 고용체를 상온까지 그대로 지속되게 하는 열처리이다. 

 - 적용재질

       특수강재 : INCONEL, HASTELLOY

       SUS강재 : 석출경화형(SUS630, SUS631)

       SUS강재 : AUSTENITE계열 (SUS304, SUS301S, SUS316) 

○ 시효경화 열처리(Aging), 석출경화 열처리(Precipitate Hardening)

 - 처 리 로 : 저온용 진공로

 - 특    성 : 과포화고용체를 일정한 온도로 가열, 유지하여 강도를 높여주는 상(PHASE)이 석출하게 하여 합금의 경도를 높이는 열처리방법이다. 특히 베릴륨동중 고강도계통 2원계에서 주로 나타난다. 

 - 적용재질

     BE-CU재: C17200, 17000, C17510, C17300

     Stainless steel : 석출경화형 (SUS630, SUS631)

     Stainless steel : AUSTENITE계열( SUS304, SUS310S, SUS316, SUS301, SUS302 )