열처리 5
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 표면경화처리 두 가지로 분류 하는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
1. 표면경화처리 분류
(1) 개요
기어, 축, 캠과 같은 기계 부품은 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 필요로 함.
따라서 표면에 내마멸성을 향상시키기 위해 표면은 경화시키고 내부는 충격에 견딜 수 있도록 인성을 부여하는 열처리를 표면경화처리 또는 표면경화법이라고 함.
담금질이나 뜨임의 소재로 고탄소강을 사용하므로 경도는 커지나 인성이 문제가 되기 때문에 표면경화용 소재로는 저탄소강을 사용하여 경화처리 시의 변형과 균열 발생을 감소시킴.
(2) 물리적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면에 화학조성을 변화시키지 않고 열처리 등의 물리적 수단에 의해 표면의 조직만을 변화시켜서 경화층을 얻는 방법으로 처리재는 담금재에 필요한 적당량의 탄소를 함유해야 함.
2) 종류
화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱법이 있음.
(3) 화학적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면층에 여러가지 원소들을 확산 침투시켜서 표면 조성의 변화에 의한 경화층을 얻는 방법.
2) 종류
(가) 침탄법
고체, 액체, 가스 침탄법.
(나) 질화법
가스질화, 연질화, 이온질화.
(다) 금속 침투법
(라) 기타
증착법, 탄화물 피복법, 금속 용사법, 산화 피막법.
2. 물리적 표면경화처리
(1) 개요
화학적 표면경화처리와 달리 강의 표면에 화학 조성을 변화시키지 않고 열처리 등을 통해 표면 조직만을 변화시키는 방법으로 화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱 등이 있음.
(2) 화염 경화법(Flame Hardening)
1) 정의
산소-아세틸렌 가스 불꽃을 이용하여 강 표면을 Ac₃ 변태점 이상 온도로 급속 가열한 후 담금질 온도에 이르렀을 때 냉각수로 급냉시켜 표면층만을 경화시키는 열처리 방법으로서 최근에는 메탄, 프로판, 천연 가스 등도 이용함.
2) 특징
부품의 크기와 형상의 제약이 적음.
국부 열처리가 가능하고 설비비가 저렴함.
담금질 변형이 적음.
가열온도 조절이 어려움.
3) 처리방법
(가) 소재 및 가열
소재는 0.4~0.6%의 탄소가 함유된 강이 좋음.
산소-아세틸렌의 혼합비는 1:1이 가장 좋으며 토치 불꽃 수와 이동속도에 따라 소재 내부의 열전달 깊이가 다르며 따라서 경화층 깊이도 다름.
(나) 냉각방법
① 냉각 수조에 담그는 방법
– 담금질 온도가 높아지기 쉬우며 담금질 균열의 발생이 쉬움.
② 분사 장치에 의한 냉각
– 일반적으로 가장 많이 사용하는 냉각 방법임.
③ 순환되는 물속에 소재를 넣고 가열하는 방법
– 선반 베드 등의 열처리법으로 담금질 균열 발생이 적음.
(다) 후처리
– 인성의 개선과 잔류응력 제거를 위해 뜨임을 시행함.
(3) 고주파 경화법(Induction Hardening)
1) 정의
소재에 설치된 코일 속으로 고주파 전류를 흐르게 하면 소재 표면에는 맴돌이 전류가 유도되며 이로 인해 고주파 유도열이 표면을 급속히 가열시키고 가열된 소재를 급냉시키면 소재 표면이 담금질되어 경화되는 열처리 방법임.
2) 특징
급속 가열에 의해 가열시간이 짧아 산화 및 변형이 적음.
열효율이 높고 대량생산이 가능함.
유지비가 적고 균일 가열 및 온도 조절이 용이함.
시설비가 고가임.
부품의 형상과 소재에 제약이 있음.
3) 표피효과
주파수가 클수록 유도전류가 표면 부위에 집중되어 흐르는 것을 의미하며 주파수가 클수록 경화깊이는 얕아지고 주파수가 작으면 피로한도가 현저히 증가됨.
(4) 숏 피닝법(Shot Peening)
1) 정의
소재 표면에 강이나 주철 소재의 작은 입자(Φ0.5~1.0mm)를 고속으로 분사시켜 가공경화에 의해 표면의 경도를 높이는 표면 냉간가공의 일종으로 피로한도가 현저히 증가됨,
2) 특징
인장, 압축강도에는 거의 영향이 없음.
피로한도를 현저하게 향상시킴.
(5) 하드 페이싱(Hard Facing)
소재의 표면에 스텔라이트나 초경합금을 용접 또는 압접으로 융착시켜 표면에 경화층을 형성시키는 방법으로서 금속 재료의 표면을 기계적 마멸로부터 보호함.
☞ 스텔라이트란 크롬, 텅스텐, 철을 함유하는 코발트 베이스 합금으로 경도가 높고 내마모성, 내식성이 우수함. 주로 날끝부분, 내열 기관의 밸브 헤드, 고압 펌프의 실링 체크밸브, 원심 분리기의 에지 등에 덧씌우기를 하기 위한 용착봉으로서 사용됨. 대표적인 원소 성분은 크롬 28~32%, 텅스텐 8%이상, 탄소 1.8%이하, 철 2.5%이하, 나머지는 코발트임.
금형 재료의 표면경화처리 중 물리적 표면경화처리에 대한 포스트를 마치고 다음에는 화학적 표면경화처리에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일
열처리 5
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 표면경화처리 두 가지로 분류 하는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
1. 표면경화처리 분류
(1) 개요
기어, 축, 캠과 같은 기계 부품은 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 필요로 함.
따라서 표면에 내마멸성을 향상시키기 위해 표면은 경화시키고 내부는 충격에 견딜 수 있도록 인성을 부여하는 열처리를 표면경화처리 또는 표면경화법이라고 함.
담금질이나 뜨임의 소재로 고탄소강을 사용하므로 경도는 커지나 인성이 문제가 되기 때문에 표면경화용 소재로는 저탄소강을 사용하여 경화처리 시의 변형과 균열 발생을 감소시킴.
(2) 물리적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면에 화학조성을 변화시키지 않고 열처리 등의 물리적 수단에 의해 표면의 조직만을 변화시켜서 경화층을 얻는 방법으로 처리재는 담금재에 필요한 적당량의 탄소를 함유해야 함.
2) 종류
화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱법이 있음.
(3) 화학적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면층에 여러가지 원소들을 확산 침투시켜서 표면 조성의 변화에 의한 경화층을 얻는 방법.
2) 종류
(가) 침탄법
고체, 액체, 가스 침탄법.
(나) 질화법
가스질화, 연질화, 이온질화.
(다) 금속 침투법
(라) 기타
증착법, 탄화물 피복법, 금속 용사법, 산화 피막법.
2. 물리적 표면경화처리
(1) 개요
화학적 표면경화처리와 달리 강의 표면에 화학 조성을 변화시키지 않고 열처리 등을 통해 표면 조직만을 변화시키는 방법으로 화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱 등이 있음.
(2) 화염 경화법(Flame Hardening)
1) 정의
산소-아세틸렌 가스 불꽃을 이용하여 강 표면을 Ac₃ 변태점 이상 온도로 급속 가열한 후 담금질 온도에 이르렀을 때 냉각수로 급냉시켜 표면층만을 경화시키는 열처리 방법으로서 최근에는 메탄, 프로판, 천연 가스 등도 이용함.
2) 특징
부품의 크기와 형상의 제약이 적음.
국부 열처리가 가능하고 설비비가 저렴함.
담금질 변형이 적음.
가열온도 조절이 어려움.
3) 처리방법
(가) 소재 및 가열
소재는 0.4~0.6%의 탄소가 함유된 강이 좋음.
산소-아세틸렌의 혼합비는 1:1이 가장 좋으며 토치 불꽃 수와 이동속도에 따라 소재 내부의 열전달 깊이가 다르며 따라서 경화층 깊이도 다름.
(나) 냉각방법
① 냉각 수조에 담그는 방법
– 담금질 온도가 높아지기 쉬우며 담금질 균열의 발생이 쉬움.
② 분사 장치에 의한 냉각
– 일반적으로 가장 많이 사용하는 냉각 방법임.
③ 순환되는 물속에 소재를 넣고 가열하는 방법
– 선반 베드 등의 열처리법으로 담금질 균열 발생이 적음.
(다) 후처리
– 인성의 개선과 잔류응력 제거를 위해 뜨임을 시행함.
(3) 고주파 경화법(Induction Hardening)
1) 정의
소재에 설치된 코일 속으로 고주파 전류를 흐르게 하면 소재 표면에는 맴돌이 전류가 유도되며 이로 인해 고주파 유도열이 표면을 급속히 가열시키고 가열된 소재를 급냉시키면 소재 표면이 담금질되어 경화되는 열처리 방법임.
2) 특징
급속 가열에 의해 가열시간이 짧아 산화 및 변형이 적음.
열효율이 높고 대량생산이 가능함.
유지비가 적고 균일 가열 및 온도 조절이 용이함.
시설비가 고가임.
부품의 형상과 소재에 제약이 있음.
3) 표피효과
주파수가 클수록 유도전류가 표면 부위에 집중되어 흐르는 것을 의미하며 주파수가 클수록 경화깊이는 얕아지고 주파수가 작으면 피로한도가 현저히 증가됨.
(4) 숏 피닝법(Shot Peening)
1) 정의
소재 표면에 강이나 주철 소재의 작은 입자(Φ0.5~1.0mm)를 고속으로 분사시켜 가공경화에 의해 표면의 경도를 높이는 표면 냉간가공의 일종으로 피로한도가 현저히 증가됨,
2) 특징
인장, 압축강도에는 거의 영향이 없음.
피로한도를 현저하게 향상시킴.
(5) 하드 페이싱(Hard Facing)
소재의 표면에 스텔라이트나 초경합금을 용접 또는 압접으로 융착시켜 표면에 경화층을 형성시키는 방법으로서 금속 재료의 표면을 기계적 마멸로부터 보호함.
☞ 스텔라이트란 크롬, 텅스텐, 철을 함유하는 코발트 베이스 합금으로 경도가 높고 내마모성, 내식성이 우수함. 주로 날끝부분, 내열 기관의 밸브 헤드, 고압 펌프의 실링 체크밸브, 원심 분리기의 에지 등에 덧씌우기를 하기 위한 용착봉으로서 사용됨. 대표적인 원소 성분은 크롬 28~32%, 텅스텐 8%이상, 탄소 1.8%이하, 철 2.5%이하, 나머지는 코발트임.
금형 재료의 표면경화처리 중 물리적 표면경화처리에 대한 포스트를 마치고 다음에는 화학적 표면경화처리에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일
열처리 5
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 표면경화처리 두 가지로 분류 하는데 기어, 축, 캠 등에 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 부여하기 위하여 시행합니다.
1. 표면경화처리 분류
(1) 개요
기어, 축, 캠과 같은 기계 부품은 강도와 인성 뿐만 아니라 접촉부에 내마멸성을 필요로 함.
따라서 표면에 내마멸성을 향상시키기 위해 표면은 경화시키고 내부는 충격에 견딜 수 있도록 인성을 부여하는 열처리를 표면경화처리 또는 표면경화법이라고 함.
담금질이나 뜨임의 소재로 고탄소강을 사용하므로 경도는 커지나 인성이 문제가 되기 때문에 표면경화용 소재로는 저탄소강을 사용하여 경화처리 시의 변형과 균열 발생을 감소시킴.
(2) 물리적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면에 화학조성을 변화시키지 않고 열처리 등의 물리적 수단에 의해 표면의 조직만을 변화시켜서 경화층을 얻는 방법으로 처리재는 담금재에 필요한 적당량의 탄소를 함유해야 함.
2) 종류
화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱법이 있음.
(3) 화학적 표면경화처리
1) 개요
강의 표면층에 여러가지 원소들을 확산 침투시켜서 표면 조성의 변화에 의한 경화층을 얻는 방법.
2) 종류
(가) 침탄법
고체, 액체, 가스 침탄법.
(나) 질화법
가스질화, 연질화, 이온질화.
(다) 금속 침투법
(라) 기타
증착법, 탄화물 피복법, 금속 용사법, 산화 피막법.
2. 물리적 표면경화처리
(1) 개요
화학적 표면경화처리와 달리 강의 표면에 화학 조성을 변화시키지 않고 열처리 등을 통해 표면 조직만을 변화시키는 방법으로 화염 경화법, 고주파 경화법, 숏 피닝법, 하드 페이싱 등이 있음.
(2) 화염 경화법(Flame Hardening)
1) 정의
산소-아세틸렌 가스 불꽃을 이용하여 강 표면을 Ac₃ 변태점 이상 온도로 급속 가열한 후 담금질 온도에 이르렀을 때 냉각수로 급냉시켜 표면층만을 경화시키는 열처리 방법으로서 최근에는 메탄, 프로판, 천연 가스 등도 이용함.
2) 특징
부품의 크기와 형상의 제약이 적음.
국부 열처리가 가능하고 설비비가 저렴함.
담금질 변형이 적음.
가열온도 조절이 어려움.
3) 처리방법
(가) 소재 및 가열
소재는 0.4~0.6%의 탄소가 함유된 강이 좋음.
산소-아세틸렌의 혼합비는 1:1이 가장 좋으며 토치 불꽃 수와 이동속도에 따라 소재 내부의 열전달 깊이가 다르며 따라서 경화층 깊이도 다름.
(나) 냉각방법
① 냉각 수조에 담그는 방법
– 담금질 온도가 높아지기 쉬우며 담금질 균열의 발생이 쉬움.
② 분사 장치에 의한 냉각
– 일반적으로 가장 많이 사용하는 냉각 방법임.
③ 순환되는 물속에 소재를 넣고 가열하는 방법
– 선반 베드 등의 열처리법으로 담금질 균열 발생이 적음.
(다) 후처리
– 인성의 개선과 잔류응력 제거를 위해 뜨임을 시행함.
(3) 고주파 경화법(Induction Hardening)
1) 정의
소재에 설치된 코일 속으로 고주파 전류를 흐르게 하면 소재 표면에는 맴돌이 전류가 유도되며 이로 인해 고주파 유도열이 표면을 급속히 가열시키고 가열된 소재를 급냉시키면 소재 표면이 담금질되어 경화되는 열처리 방법임.
2) 특징
급속 가열에 의해 가열시간이 짧아 산화 및 변형이 적음.
열효율이 높고 대량생산이 가능함.
유지비가 적고 균일 가열 및 온도 조절이 용이함.
시설비가 고가임.
부품의 형상과 소재에 제약이 있음.
3) 표피효과
주파수가 클수록 유도전류가 표면 부위에 집중되어 흐르는 것을 의미하며 주파수가 클수록 경화깊이는 얕아지고 주파수가 작으면 피로한도가 현저히 증가됨.
(4) 숏 피닝법(Shot Peening)
1) 정의
소재 표면에 강이나 주철 소재의 작은 입자(Φ0.5~1.0mm)를 고속으로 분사시켜 가공경화에 의해 표면의 경도를 높이는 표면 냉간가공의 일종으로 피로한도가 현저히 증가됨,
2) 특징
인장, 압축강도에는 거의 영향이 없음.
피로한도를 현저하게 향상시킴.
(5) 하드 페이싱(Hard Facing)
소재의 표면에 스텔라이트나 초경합금을 용접 또는 압접으로 융착시켜 표면에 경화층을 형성시키는 방법으로서 금속 재료의 표면을 기계적 마멸로부터 보호함.
☞ 스텔라이트란 크롬, 텅스텐, 철을 함유하는 코발트 베이스 합금으로 경도가 높고 내마모성, 내식성이 우수함. 주로 날끝부분, 내열 기관의 밸브 헤드, 고압 펌프의 실링 체크밸브, 원심 분리기의 에지 등에 덧씌우기를 하기 위한 용착봉으로서 사용됨. 대표적인 원소 성분은 크롬 28~32%, 텅스텐 8%이상, 탄소 1.8%이하, 철 2.5%이하, 나머지는 코발트임.
금형 재료의 표면경화처리 중 물리적 표면경화처리에 대한 포스트를 마치고 다음에는 화학적 표면경화처리에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.
2022년 01월 25일