열처리 7
제7장 표면경화처리 분류
철강 재료의 표면층을 경화하기 위하여 행하는 침탄법, 질화법, 고주파, 화염 경화법 등과 같은 열처리 방법을 표면경화처리 라고 하며 표면경화처리는 물리적 표면경화처리와 화학적 표면경화처리로 분류 되는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
2. 질화법
(1) 개요
질화법은 다른 표면경화처리와는 달리 변태점 이하의 상당히 낮은 온도에서 시행됨.
500~600℃ 온도에서 처리하기 때문에 변형이 적은 표면경화처리로 널리 이용되고 있음.
그러나 높은 경도를 얻기 위해 크롬, 몰리브덴 등의 질화물 형성 원소를 함유하는 강종이 필수이므로 처리강에 많은 제한이 따름.
일반적으로 소재는 뜨임을 하여 소르바이트 조직으로 변화시키고 가공 후 질화처리를 함.
(2) 침탄법과 질화법 비교
| 침탄법 | 질화법 |
|---|---|
| 침탄층의 경도는 질화층 보다 낮음. | 질화층의 경도는 질화층 보다 높음. |
| 침탄 후 열처리가 필요함. | 질화 후 열처리가 필요 없음. |
| 침탄 후에도 수정이 가능함 | 질화 후 수정이 불가능함. |
| 같은 깊이일 경우 침탄이 질화 보다
처리 시간이 짧음. |
질화층을 깊게 하려면 오랜 시간이
소요됨. |
| 경화로에 의한 변형이 발생됨. | 경화로에 의한 변형이 적음. |
| 고온이 되면 뜨임에 의해 침탄층의
경도가 저하됨. |
고온으로 가열되어도 경도 저하가 없음. |
| 침탄층은 질화층처럼 취화되지 않음 | 질화층은 취화되기 쉬움. |
| 강종에 대한 제한이 없음. | 강종에 많은 제한이 따름. |
| 처리 비용이 비교적 적게 듦. | 처리 비용이 많이 듦. |
(3) 질화법 종류
1) 가스 질화법
(가) 질화방법
질소는 강에 잘 용해되지 않지만 500℃ 정도로 50~100시간 암모니아 가스를 가열하면 발생한 질소가 철 등과 반응하여 Fe₄N, Fe₂N 등의 질화물을 만들면서 강으로 침투되며 질화층의 두께는 보통 0.4~0.9mm 정도로서 은회색의 단단한 경화면을 얻음.
(나) 질화강 함유원소의 영향
① 알루미늄
– 질화물의 확산이 더뎌 질화 경도를 증가시킴.
② 크롬
– 질화층의 깊이가 증가됨.
③ 몰리브덴
– 처리시간이 길어져도 강재가 취화되지 않음.
(다) 경화층의 깊이와 경도 분포
질화층의 깊이 및 경도는 경화온도, 처리시간에 따라 다르며 요구되는 질화깊이를 얻기 위해서는 온도와 시간을 적절히 조합해야 함.
경도 분포만을 고려할 경우에는 탄소 함유량이 적은 것이 유리하나 질화층의 박리, 확산층의 균열이 우려되므로 500~550℃에서 질화처리 후 600℃ 이상에서 확산시킨 2단 질화가 효과적임.
질화를 요하지 않는 부분은 미리 주석이나 땝납 등으로 둘러싸거나 니켈도금을 하여 질화상자에 넣어야 함.
2) 액체 질화법
(가) 질화방법
가스 질화법은 처리시간이 길고 제한된 질화용강에만 처리가 가능하므로 이러한 단점을 개선하기 위해 시안화나트륨(NaCN), 시안화칼륨(KCN) 등을 주성분으로 한 염욕로에서 500~600℃로 5~15시간 가열하여 질화층을 얻는 처리임.
특히 처리 중 반응을 촉진시키기 위해 혼합염 중에 공기를 불어넣는 터프트라이드(Turffride) 방법이 있음.
☞ 터프트라이드 처리란 샤프트, 기어 등의 재료를 연질화시켜 내마모성이나 내피로성을 향상시키기 위한 열처리를 말하며 연질화용 염욕을 350∼570℃로 유지하여 여기에 30%의 공기를 공급하고 그 속에서 소재를 20∼30분 가열하여 냉각하는데 소재는 미리 담금질, 뜨임(550∼600℃) 처리를 해 두어야 함.
(나) 특징
질화 처리시간이 짧음.
저온처리로 균일하고 안정된 조직을 얻을 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
유해 물질이 발생됨.
3) 이온 질화법
(가) 질화방법
액체 질화법에 시안화물질의 공해 대책을 보완한 것으로 밀폐시킨 용기 내에 질소와 수소의 혼합분위기(N₂+H₂) 속에서 질화처리하고자 하는 부품을 음극으로, 별도의 전극을 양극으로 설치함.
직류 전압을 인가하여 글로우 방전에 의해 혼합 가스와 음극의 처리 부품을 고속으로 충돌·가열시키고 질소를 첨부시킴.
(나) 특징
작업 환경이 좋고 질화처리 속도가 빠름.
별도의 가열 장치가 필요없음.
가스 비율을 변화시켜 질화층의 조성을 제어할 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
복잡한 형상의 부품은 균일한 질화 처리가 어려움.
처리 부품의 온도 측정과 급속 냉각이 어려움.
4) 침탄 질화법
탄소와 질소를 동시에 강의 표면에 침투· 확산시켜 강의 표면을 경화시킴.
침탄성 가스에 암모니아를 혼입한 가스 침탄 질화와 알카리 금속에 시안염의 혼합물을 사용한 염욕 침탄 질화가 있음.
금형 재료의 화학적 표면경화처리 중 질화법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금속 침투법과 그외에 화학적 표면경화처리(Surface Hardening)에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일
열처리 7
제7장 표면경화처리 분류
철강 재료의 표면층을 경화하기 위하여 행하는 침탄법, 질화법, 고주파, 화염 경화법 등과 같은 열처리 방법을 표면경화처리 라고 하며 표면경화처리는 물리적 표면경화처리와 화학적 표면경화처리로 분류 되는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
2. 질화법
(1) 개요
질화법은 다른 표면경화처리와는 달리 변태점 이하의 상당히 낮은 온도에서 시행됨.
500~600℃ 온도에서 처리하기 때문에 변형이 적은 표면경화처리로 널리 이용되고 있음.
그러나 높은 경도를 얻기 위해 크롬, 몰리브덴 등의 질화물 형성 원소를 함유하는 강종이 필수이므로 처리강에 많은 제한이 따름.
일반적으로 소재는 뜨임을 하여 소르바이트 조직으로 변화시키고 가공 후 질화처리를 함.
(2) 침탄법과 질화법 비교
| 침탄법 | 질화법 |
|---|---|
| 침탄층의 경도는 질화층 보다 낮음. | 질화층의 경도는 질화층 보다 높음. |
| 침탄 후 열처리가 필요함. | 질화 후 열처리가 필요 없음. |
| 침탄 후에도 수정이 가능함 | 질화 후 수정이 불가능함. |
| 같은 깊이일 경우 침탄이 질화 보다
처리 시간이 짧음. |
질화층을 깊게 하려면 오랜 시간이
소요됨. |
| 경화로에 의한 변형이 발생됨. | 경화로에 의한 변형이 적음. |
| 고온이 되면 뜨임에 의해 침탄층의
경도가 저하됨. |
고온으로 가열되어도 경도 저하가 없음. |
| 침탄층은 질화층처럼 취화되지 않음 | 질화층은 취화되기 쉬움. |
| 강종에 대한 제한이 없음. | 강종에 많은 제한이 따름. |
| 처리 비용이 비교적 적게 듦. | 처리 비용이 많이 듦. |
(3) 질화법 종류
1) 가스 질화법
(가) 질화방법
질소는 강에 잘 용해되지 않지만 500℃ 정도로 50~100시간 암모니아 가스를 가열하면 발생한 질소가 철 등과 반응하여 Fe₄N, Fe₂N 등의 질화물을 만들면서 강으로 침투되며 질화층의 두께는 보통 0.4~0.9mm 정도로서 은회색의 단단한 경화면을 얻음.
(나) 질화강 함유원소의 영향
① 알루미늄
– 질화물의 확산이 더뎌 질화 경도를 증가시킴.
② 크롬
– 질화층의 깊이가 증가됨.
③ 몰리브덴
– 처리시간이 길어져도 강재가 취화되지 않음.
(다) 경화층의 깊이와 경도 분포
질화층의 깊이 및 경도는 경화온도, 처리시간에 따라 다르며 요구되는 질화깊이를 얻기 위해서는 온도와 시간을 적절히 조합해야 함.
경도 분포만을 고려할 경우에는 탄소 함유량이 적은 것이 유리하나 질화층의 박리, 확산층의 균열이 우려되므로 500~550℃에서 질화처리 후 600℃ 이상에서 확산시킨 2단 질화가 효과적임.
질화를 요하지 않는 부분은 미리 주석이나 땝납 등으로 둘러싸거나 니켈도금을 하여 질화상자에 넣어야 함.
2) 액체 질화법
(가) 질화방법
가스 질화법은 처리시간이 길고 제한된 질화용강에만 처리가 가능하므로 이러한 단점을 개선하기 위해 시안화나트륨(NaCN), 시안화칼륨(KCN) 등을 주성분으로 한 염욕로에서 500~600℃로 5~15시간 가열하여 질화층을 얻는 처리임.
특히 처리 중 반응을 촉진시키기 위해 혼합염 중에 공기를 불어넣는 터프트라이드(Turffride) 방법이 있음.
☞ 터프트라이드 처리란 샤프트, 기어 등의 재료를 연질화시켜 내마모성이나 내피로성을 향상시키기 위한 열처리를 말하며 연질화용 염욕을 350∼570℃로 유지하여 여기에 30%의 공기를 공급하고 그 속에서 소재를 20∼30분 가열하여 냉각하는데 소재는 미리 담금질, 뜨임(550∼600℃) 처리를 해 두어야 함.
(나) 특징
질화 처리시간이 짧음.
저온처리로 균일하고 안정된 조직을 얻을 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
유해 물질이 발생됨.
3) 이온 질화법
(가) 질화방법
액체 질화법에 시안화물질의 공해 대책을 보완한 것으로 밀폐시킨 용기 내에 질소와 수소의 혼합분위기(N₂+H₂) 속에서 질화처리하고자 하는 부품을 음극으로, 별도의 전극을 양극으로 설치함.
직류 전압을 인가하여 글로우 방전에 의해 혼합 가스와 음극의 처리 부품을 고속으로 충돌·가열시키고 질소를 첨부시킴.
(나) 특징
작업 환경이 좋고 질화처리 속도가 빠름.
별도의 가열 장치가 필요없음.
가스 비율을 변화시켜 질화층의 조성을 제어할 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
복잡한 형상의 부품은 균일한 질화 처리가 어려움.
처리 부품의 온도 측정과 급속 냉각이 어려움.
4) 침탄 질화법
탄소와 질소를 동시에 강의 표면에 침투· 확산시켜 강의 표면을 경화시킴.
침탄성 가스에 암모니아를 혼입한 가스 침탄 질화와 알카리 금속에 시안염의 혼합물을 사용한 염욕 침탄 질화가 있음.
금형 재료의 화학적 표면경화처리 중 질화법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금속 침투법과 그외에 화학적 표면경화처리(Surface Hardening)에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일
열처리 7
제7장 표면경화처리 분류
철강 재료의 표면층을 경화하기 위하여 행하는 침탄법, 질화법, 고주파, 화염 경화법 등과 같은 열처리 방법을 표면경화처리 라고 하며 표면경화처리는 물리적 표면경화처리와 화학적 표면경화처리로 분류 되는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
2. 질화법
(1) 개요
질화법은 다른 표면경화처리와는 달리 변태점 이하의 상당히 낮은 온도에서 시행됨.
500~600℃ 온도에서 처리하기 때문에 변형이 적은 표면경화처리로 널리 이용되고 있음.
그러나 높은 경도를 얻기 위해 크롬, 몰리브덴 등의 질화물 형성 원소를 함유하는 강종이 필수이므로 처리강에 많은 제한이 따름.
일반적으로 소재는 뜨임을 하여 소르바이트 조직으로 변화시키고 가공 후 질화처리를 함.
(2) 침탄법과 질화법 비교
| 침탄법 | 질화법 |
|---|---|
| 침탄층의 경도는 질화층 보다 낮음. | 질화층의 경도는 질화층 보다 높음. |
| 침탄 후 열처리가 필요함. | 질화 후 열처리가 필요 없음. |
| 침탄 후에도 수정이 가능함 | 질화 후 수정이 불가능함. |
| 같은 깊이일 경우 침탄이 질화 보다
처리 시간이 짧음. |
질화층을 깊게 하려면 오랜 시간이
소요됨. |
| 경화로에 의한 변형이 발생됨. | 경화로에 의한 변형이 적음. |
| 고온이 되면 뜨임에 의해 침탄층의
경도가 저하됨. |
고온으로 가열되어도 경도 저하가 없음. |
| 침탄층은 질화층처럼 취화되지 않음 | 질화층은 취화되기 쉬움. |
| 강종에 대한 제한이 없음. | 강종에 많은 제한이 따름. |
| 처리 비용이 비교적 적게 듦. | 처리 비용이 많이 듦. |
(3) 질화법 종류
1) 가스 질화법
(가) 질화방법
질소는 강에 잘 용해되지 않지만 500℃ 정도로 50~100시간 암모니아 가스를 가열하면 발생한 질소가 철 등과 반응하여 Fe₄N, Fe₂N 등의 질화물을 만들면서 강으로 침투되며 질화층의 두께는 보통 0.4~0.9mm 정도로서 은회색의 단단한 경화면을 얻음.
(나) 질화강 함유원소의 영향
① 알루미늄
– 질화물의 확산이 더뎌 질화 경도를 증가시킴.
② 크롬
– 질화층의 깊이가 증가됨.
③ 몰리브덴
– 처리시간이 길어져도 강재가 취화되지 않음.
(다) 경화층의 깊이와 경도 분포
질화층의 깊이 및 경도는 경화온도, 처리시간에 따라 다르며 요구되는 질화깊이를 얻기 위해서는 온도와 시간을 적절히 조합해야 함.
경도 분포만을 고려할 경우에는 탄소 함유량이 적은 것이 유리하나 질화층의 박리, 확산층의 균열이 우려되므로 500~550℃에서 질화처리 후 600℃ 이상에서 확산시킨 2단 질화가 효과적임.
질화를 요하지 않는 부분은 미리 주석이나 땝납 등으로 둘러싸거나 니켈도금을 하여 질화상자에 넣어야 함.
2) 액체 질화법
(가) 질화방법
가스 질화법은 처리시간이 길고 제한된 질화용강에만 처리가 가능하므로 이러한 단점을 개선하기 위해 시안화나트륨(NaCN), 시안화칼륨(KCN) 등을 주성분으로 한 염욕로에서 500~600℃로 5~15시간 가열하여 질화층을 얻는 처리임.
특히 처리 중 반응을 촉진시키기 위해 혼합염 중에 공기를 불어넣는 터프트라이드(Turffride) 방법이 있음.
☞ 터프트라이드 처리란 샤프트, 기어 등의 재료를 연질화시켜 내마모성이나 내피로성을 향상시키기 위한 열처리를 말하며 연질화용 염욕을 350∼570℃로 유지하여 여기에 30%의 공기를 공급하고 그 속에서 소재를 20∼30분 가열하여 냉각하는데 소재는 미리 담금질, 뜨임(550∼600℃) 처리를 해 두어야 함.
(나) 특징
질화 처리시간이 짧음.
저온처리로 균일하고 안정된 조직을 얻을 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
유해 물질이 발생됨.
3) 이온 질화법
(가) 질화방법
액체 질화법에 시안화물질의 공해 대책을 보완한 것으로 밀폐시킨 용기 내에 질소와 수소의 혼합분위기(N₂+H₂) 속에서 질화처리하고자 하는 부품을 음극으로, 별도의 전극을 양극으로 설치함.
직류 전압을 인가하여 글로우 방전에 의해 혼합 가스와 음극의 처리 부품을 고속으로 충돌·가열시키고 질소를 첨부시킴.
(나) 특징
작업 환경이 좋고 질화처리 속도가 빠름.
별도의 가열 장치가 필요없음.
가스 비율을 변화시켜 질화층의 조성을 제어할 수 있음.
가스 질화로 처리가 곤란한 강에도 적용이 가능함.
복잡한 형상의 부품은 균일한 질화 처리가 어려움.
처리 부품의 온도 측정과 급속 냉각이 어려움.
4) 침탄 질화법
탄소와 질소를 동시에 강의 표면에 침투· 확산시켜 강의 표면을 경화시킴.
침탄성 가스에 암모니아를 혼입한 가스 침탄 질화와 알카리 금속에 시안염의 혼합물을 사용한 염욕 침탄 질화가 있음.
금형 재료의 화학적 표면경화처리 중 질화법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금속 침투법과 그외에 화학적 표면경화처리(Surface Hardening)에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일