열처리 2
제4장 냉각속도에 따른 열처리 조직과 열처리 방법
열처리란 가열·냉각 등의 조작을 적당한 속도로 조절하여 그 재료의 특성을 개량하는 것으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 이용되는 방법을 말하며 대표적인 열처리 방법(Method)에는 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing), 불림(Normalizing)이 있습니다.
(2) 뜨임
1) 개요
담금질한 강의 경도를 약간 낮춰 내부응력을 제거하고 인성을 부여하기 위해 재가열하여 서냉하는 열처리이며 불안정한 조직을 안정화하는 것으로 재결정 온도 이하에서 시행해야 함.
담금질 철재의 가열은 재결정 온도 이상으로 가열 유지시키면 담금질 전의 상태로 되돌아감.
2) 목적
담금질 시 형성되는 내부응력 제거.(내부 응력은 가공 시 응력의 균형이 달라져 변형이나 균열을 발생하고 그대로 사용 시 시간 경과에 따라 응력의 완화로 변형)
마텐자이트 조직은 매우 단단하고 취성이 있으므로 인성을 유지.
담금질에 의해 형성된 불안정한 조직을 안정된 조직으로 바꿈.(불안정한 마텐자이트 조직을 안정된 페라이트와 시멘타이트로 변화시킴)
3) 방법
(가) 저온 뜨임
주로 150~200℃ 가열 후 공냉시키며 뜨임 시간은 25mm 두께당 30분 정도 유지해야 함.
공구강 등과 같은 높은 경도와 내마모성을 필요로 하는 경우 마텐자이트 특유의 경도를 떨어뜨리지 않고 치수 안정성과 다소의 인성을 향상시킴.
(나) 고온 뜨임
주로 500~600℃ 가열 후 급냉(수냉, 유냉), 서냉을 하면 뜨임 취성이 발생할 수 있음.
기계 구조용강 등과 같이 높은 인성을 필요로 하는 경우 소르바이트를 얻는 처리법.
담금질, 뜨임에 의해 인성을 향상시키는 것을 조질이라고 함.
(다) 등온 뜨임
소재를 Ar˝ (약 250℃) 이상의 온도로 가열하고 일정 시간 유지하여 마텐자이트를 베이나이트로 변태시킨 다음 적당한 온도로 냉각하여 균일한 온도가 될 때까지 유지한 후 공냉시킴.
베이나이트 뜨임이라고도 하며 고속도강을 등온 뜨임하면 인성과 절삭능력이 향상됨.
4) 뜨임색(Tempering Color)
뜨임 온도는 재료의 색깔에 의해 판별되기도 하며 강 표면에 얇은 산화 피막이 발생하여 그 두께에 따라 색이 달라짐.
뜨임색은 가열시간과 온도에 따라 달라지고 뜨임 시간이 길어지면 산화 피막의 두께가 증가하여 고온의 색을 띠며 이때에는 색깔에 대한 온도의 구별이 곤란할 때도 있음.
| 색 | 온도(℃) | 품명 |
|---|---|---|
| 극담황색(Very Faint Yellow) | 215 | 동 조각용 정, 커터, 망치, 칼, 목재 조각용 칼 |
| 담황색(Light Yellow) | 227 | 커터, 전단 칼, 탭, 칼, 바이트 |
| 보리짚색(Straw) | 240 | 목형 날 공구, 리머, 석공용 날 공구 |
| 암황색(Deep Yellow) | 250 | 원형 톱, 드릴 |
| 다색(Brown) | 260 | 목공 원형 톱, 칼 |
| 농다색(Brown Purple) | 270 | 강 및 주철용 정, 제관용 날 공구, 금속용 톱날 |
| 담자색(Purple) | 280 | 목곡용 날 공구, 단조용 날 공구 |
| 농청색(Blue) | 300 | 드라이버, 목공용 대팻 날, 스프링 |
5) 뜨임 취성
(가) 저온 뜨임 취성
200~400℃ 부근에서 뜨임 시 충격값이 현저히 감소하는 취성임.
인이나 질소를 많이 함유한 강에서 확실히 나타남.
규소를 강에 첨가하면 발생 온도가 300℃ 정도까지 상승할 수 있음.
(나) 고온 뜨임 취성
500~550℃ 부근에서 취화, 특정 원소가 서냉에 의해 구 오스테나이트 결정립계에 편석되어 발생하며 인, 안티몬(Sb), 주석 함유 시 현저하게 나타남.
600℃ 이상 온도에서 뜨임 후 급냉하고 몰리브덴을 첨가하면 취성을 방지할 수 있음.
6) 뜨임 균열
(가) 발생 원인
뜨임 시 급가열하거나,
탈탄층이 있거나,
뜨임 온도에서 급냉하면 발생함.
(나) 대책
급가열을 피하고 뜨임 온도에서 서냉할 것.
뜨임 전 탈탄층을 제거할 것.
(3) 풀림
1) 개요
탄소강을 연화시킬 목적으로 적당한 온도까지 가열하고 그 온도를 어느 정도 유지한 후 서서히 냉각시키는 열처리이며 단조, 주조, 기계가공에서 생긴 내부응력을 제거하고 열처리에 의해 강화된 재료나 가공경화 된 재료를 연화시킬 때 시행하는 열처리 방법.
2) 목적
기계적 성질, 피삭성이 개선되고 조직이 균일화됨.
내부 조직을 개선시키고 담금질 효과가 향상됨.
경도를 감소시키고 인성을 증가하여 연화시킴.
3) 풀림의 종류 및 특징
(가) 완전 플림
① 처리방법
– 아공석강에서는 A₃ 이상, 과공석강에서는 A₁ 이상의 온도로 가열하고 그 온도에서 충분한 시간 동안 유지하여 서냉시켜 페라이트와 펄라이트(아공석강), 망상 시멘타이트와 조대한 펄라이트(과공석강)로 만듦.
② 처리목적
– 금속 재료를 연화시켜 절삭가공이나 소성가공을 쉽게 하기 위한 풀림 처리임.
(나) 등온 풀림
① 처리방법
– 사이클 풀림(Cycle Annealing) 이라고 하며 완전 풀림의 일종으로 단지 항온변태만 이용한다는 차이만 있을 뿐임.
– 강을 오스테나이트화 한 후 노즈 온도에 해당하는 600~650℃의 염욕에 넣어 5~6시간 유지한 후 공냉시키며 풀림의 소요시간이 매우 짧은 특징이 있음.
② 처리목적
– 공구강, 함금강의 풀림 시간을 단축할 목적으로 이용하는 풀림 처리임.
(다) 응력제거 풀림
① 처리방법
– 재결정 온도(450℃) 이상 A₁ 변태점 이하에서 시행함.
– 냉각할 때 열응력이 생겨서 변형이 발생하지 않도록 500℃까지는 노 속에서 매우 천천히 냉각하고 그 이후에는 공냉을 함.
② 처리목적
– 잔류응력에 의한 변형 방지가 목적이나 잔류응력 제거와 함께 결정입자를 미세화하고자 할 때는 완전 풀림이나 불림을 하여야 함.
(라) 연화 풀림
① 처리방법
– A₁ 변태점 근처의 온도에서 가열하여 재결정에 의해 경도를 균일하게 저하시킴으로써 소성 및 절삭가공을 쉽게 하기 위해 시행하는 풀림 처리임.
② 처리목적
– 냉간가공 시 발생된 가공경화를 제거하는 것이 목적이며 가열온도의 상승과 함께 조직의 회복 → 재결정 → 결정립 성장의 3단계로 연화됨.
(마) 구상화 풀림
① 처리방법
– 펄라이트를 구성하는 시멘타이트가 층상 또는 망상으로 존재하면 기계 가공성이 나빠지고 특히 담금질 시 균열이나 변형 발생을 초래하기 쉬워 탄화물을 구상화시킴.
– A₁ 변태점 온도 부근에서 장시간 가열 유지 → 반복 가열 → 냉각 가열 후 서냉을 시행함.
② 처리목적
– 공구강이나 면도날 등의 열처리에 이용함.
(바) 확산 풀림(균질화 풀림)
① 처리방법
– 주괴 편석이나 섬유상 편석을 없애고 강을 균질화시키기 위해 고온에서(A₃ 또는 Acm 이상) 장시간 가열 후 노 속에서 서냉하며 풀림 온도가 높을수록 균질화는 빠르게 일어나지만 결정립이 조대화되므로 주의해야 함.
② 처리목적
– 침탄 처리한 탄소강을 확산 풀림하여 침탄층의 깊이를 증가시키고 표면에 강인한 펄라이트를 조성하여 내충격성 및 내마멸성을 얻고 편석을 제거함.
풀림의 분류
| 구분 | 풀림 온도 | 종류 |
|---|---|---|
| 저온 풀림 | A₁ 변태점 이하 | 응력제거 풀림, 연화 풀림, 구상화 풀림 |
| 고온 풀림 | A₁ 변태점 이상 | 완전 풀림, 등온 풀림, 확산 풀림 |
(4) 불림
1) 개요
압연이나 주조한 강괴는 불순물의 편석으로 균일한 조직을 갖지 못하고 급냉에 의한 결정립의 조대화로 인해 정상적인 조직을 갖게 할 필요가 있을 때 시행하는 열처리 방법.
불림은 입자조직을 균일하게 하고 내부응력을 제거하여 물리적 성질을 적정하게 하기 위한 열처리이며 A₃ 및 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 적정시간 동안 균일한 오스테나이트로 유지시킨 후 바람이 없는 대기 중에서 서냉하면 표준조직이 얻어지므로 표준화 열처리라고도 함.
2) 목적
응고 속도 또는 가공도의 차이에 따라 발생된 불균일한 조직의 국부적인 차이를 해소하고 내부응력을 제거하여 기계적, 물리적 성질을 표준화함.
결정립을 미세화시켜서 어느 정도의 강도 증가를 피하고 담금질이나 완전 풀림을 위한 예비 처리로서 균일한 오스테나이트를 만듦.
저탄소강의 기계 가공성을 개선하여 절삭성을 향상시키고 결정입자의 조정 및 변형을 방지함.
3) 불림 처리강의 특징
(가) 단강품
가공 등에 의한 잔류응력이 제거되고 결정립이 미세화됨으로써 강도와 인성이 증가 됨.
단강품은 일반적으로 불림 또는 풀림을 하여 사용하고 불림을 통해 강도 증가를 꾀할 수 있음.
가열온도가 너무 높으면 결정립이 재차 성장하고 이에 따라 강도와 인성이 저하될 수 있으므로 주의해야 함.
(나) 주강품
편석이나 조대화된 결정립을 미세한 펄라이트 조직으로 만듦.
편석이 심할 경우에는 불림 온도를 높이고 유지시간도 길게 해야 함.
4) 방법
(가) 일반 불림
강을 A₁ 또는 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 균일한 오스테나이트로 만든 다음 대기 중에서 연속 냉각을 함.
강의 내부와 외부의 온도가 같을 때까지 유지한 후 온도가 같아지면 즉시 냉각을 함.
(나) 2단 불림
두께가 75mm 이상 되는 대형 부품이나 고탄소강의 백점 또는 내부 균열을 방지하기 위해 구조용강의 강인성을 향상시키기 위해 550℃까지 공냉 후 노 속에서 서냉시킴.
(다) 항온 불림
저탄소 합금강의 피삭성을 향상시키기 위해 550℃에서 등온변태시키고 공냉을 함.
열처리 방법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금형 재료의 열처리 방법 및 표면경화처리에 대한 포스트를 이어갈 예정입니다.
2022년 01월 23일
열처리 2
제4장 냉각속도에 따른 열처리 조직과 열처리 방법
열처리란 가열·냉각 등의 조작을 적당한 속도로 조절하여 그 재료의 특성을 개량하는 것으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 이용되는 방법을 말하며 대표적인 열처리 방법(Method)에는 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing), 불림(Normalizing)이 있습니다.
(2) 뜨임
1) 개요
담금질한 강의 경도를 약간 낮춰 내부응력을 제거하고 인성을 부여하기 위해 재가열하여 서냉하는 열처리이며 불안정한 조직을 안정화하는 것으로 재결정 온도 이하에서 시행해야 함.
담금질 철재의 가열은 재결정 온도 이상으로 가열 유지시키면 담금질 전의 상태로 되돌아감.
2) 목적
담금질 시 형성되는 내부응력 제거.(내부 응력은 가공 시 응력의 균형이 달라져 변형이나 균열을 발생하고 그대로 사용 시 시간 경과에 따라 응력의 완화로 변형)
마텐자이트 조직은 매우 단단하고 취성이 있으므로 인성을 유지.
담금질에 의해 형성된 불안정한 조직을 안정된 조직으로 바꿈.(불안정한 마텐자이트 조직을 안정된 페라이트와 시멘타이트로 변화시킴)
3) 방법
(가) 저온 뜨임
주로 150~200℃ 가열 후 공냉시키며 뜨임 시간은 25mm 두께당 30분 정도 유지해야 함.
공구강 등과 같은 높은 경도와 내마모성을 필요로 하는 경우 마텐자이트 특유의 경도를 떨어뜨리지 않고 치수 안정성과 다소의 인성을 향상시킴.
(나) 고온 뜨임
주로 500~600℃ 가열 후 급냉(수냉, 유냉), 서냉을 하면 뜨임 취성이 발생할 수 있음.
기계 구조용강 등과 같이 높은 인성을 필요로 하는 경우 소르바이트를 얻는 처리법.
담금질, 뜨임에 의해 인성을 향상시키는 것을 조질이라고 함.
(다) 등온 뜨임
소재를 Ar˝ (약 250℃) 이상의 온도로 가열하고 일정 시간 유지하여 마텐자이트를 베이나이트로 변태시킨 다음 적당한 온도로 냉각하여 균일한 온도가 될 때까지 유지한 후 공냉시킴.
베이나이트 뜨임이라고도 하며 고속도강을 등온 뜨임하면 인성과 절삭능력이 향상됨.
4) 뜨임색(Tempering Color)
뜨임 온도는 재료의 색깔에 의해 판별되기도 하며 강 표면에 얇은 산화 피막이 발생하여 그 두께에 따라 색이 달라짐.
뜨임색은 가열시간과 온도에 따라 달라지고 뜨임 시간이 길어지면 산화 피막의 두께가 증가하여 고온의 색을 띠며 이때에는 색깔에 대한 온도의 구별이 곤란할 때도 있음.
| 색 | 온도(℃) | 품명 |
|---|---|---|
| 극담황색(Very Faint Yellow) | 215 | 동 조각용 정, 커터, 망치, 칼, 목재 조각용 칼 |
| 담황색(Light Yellow) | 227 | 커터, 전단 칼, 탭, 칼, 바이트 |
| 보리짚색(Straw) | 240 | 목형 날 공구, 리머, 석공용 날 공구 |
| 암황색(Deep Yellow) | 250 | 원형 톱, 드릴 |
| 다색(Brown) | 260 | 목공 원형 톱, 칼 |
| 농다색(Brown Purple) | 270 | 강 및 주철용 정, 제관용 날 공구, 금속용 톱날 |
| 담자색(Purple) | 280 | 목곡용 날 공구, 단조용 날 공구 |
| 농청색(Blue) | 300 | 드라이버, 목공용 대팻 날, 스프링 |
5) 뜨임 취성
(가) 저온 뜨임 취성
200~400℃ 부근에서 뜨임 시 충격값이 현저히 감소하는 취성임.
인이나 질소를 많이 함유한 강에서 확실히 나타남.
규소를 강에 첨가하면 발생 온도가 300℃ 정도까지 상승할 수 있음.
(나) 고온 뜨임 취성
500~550℃ 부근에서 취화, 특정 원소가 서냉에 의해 구 오스테나이트 결정립계에 편석되어 발생하며 인, 안티몬(Sb), 주석 함유 시 현저하게 나타남.
600℃ 이상 온도에서 뜨임 후 급냉하고 몰리브덴을 첨가하면 취성을 방지할 수 있음.
6) 뜨임 균열
(가) 발생 원인
뜨임 시 급가열하거나,
탈탄층이 있거나,
뜨임 온도에서 급냉하면 발생함.
(나) 대책
급가열을 피하고 뜨임 온도에서 서냉할 것.
뜨임 전 탈탄층을 제거할 것.
(3) 풀림
1) 개요
탄소강을 연화시킬 목적으로 적당한 온도까지 가열하고 그 온도를 어느 정도 유지한 후 서서히 냉각시키는 열처리이며 단조, 주조, 기계가공에서 생긴 내부응력을 제거하고 열처리에 의해 강화된 재료나 가공경화 된 재료를 연화시킬 때 시행하는 열처리 방법.
2) 목적
기계적 성질, 피삭성이 개선되고 조직이 균일화됨.
내부 조직을 개선시키고 담금질 효과가 향상됨.
경도를 감소시키고 인성을 증가하여 연화시킴.
3) 풀림의 종류 및 특징
(가) 완전 플림
① 처리방법
– 아공석강에서는 A₃ 이상, 과공석강에서는 A₁ 이상의 온도로 가열하고 그 온도에서 충분한 시간 동안 유지하여 서냉시켜 페라이트와 펄라이트(아공석강), 망상 시멘타이트와 조대한 펄라이트(과공석강)로 만듦.
② 처리목적
– 금속 재료를 연화시켜 절삭가공이나 소성가공을 쉽게 하기 위한 풀림 처리임.
(나) 등온 풀림
① 처리방법
– 사이클 풀림(Cycle Annealing) 이라고 하며 완전 풀림의 일종으로 단지 항온변태만 이용한다는 차이만 있을 뿐임.
– 강을 오스테나이트화 한 후 노즈 온도에 해당하는 600~650℃의 염욕에 넣어 5~6시간 유지한 후 공냉시키며 풀림의 소요시간이 매우 짧은 특징이 있음.
② 처리목적
– 공구강, 함금강의 풀림 시간을 단축할 목적으로 이용하는 풀림 처리임.
(다) 응력제거 풀림
① 처리방법
– 재결정 온도(450℃) 이상 A₁ 변태점 이하에서 시행함.
– 냉각할 때 열응력이 생겨서 변형이 발생하지 않도록 500℃까지는 노 속에서 매우 천천히 냉각하고 그 이후에는 공냉을 함.
② 처리목적
– 잔류응력에 의한 변형 방지가 목적이나 잔류응력 제거와 함께 결정입자를 미세화하고자 할 때는 완전 풀림이나 불림을 하여야 함.
(라) 연화 풀림
① 처리방법
– A₁ 변태점 근처의 온도에서 가열하여 재결정에 의해 경도를 균일하게 저하시킴으로써 소성 및 절삭가공을 쉽게 하기 위해 시행하는 풀림 처리임.
② 처리목적
– 냉간가공 시 발생된 가공경화를 제거하는 것이 목적이며 가열온도의 상승과 함께 조직의 회복 → 재결정 → 결정립 성장의 3단계로 연화됨.
(마) 구상화 풀림
① 처리방법
– 펄라이트를 구성하는 시멘타이트가 층상 또는 망상으로 존재하면 기계 가공성이 나빠지고 특히 담금질 시 균열이나 변형 발생을 초래하기 쉬워 탄화물을 구상화시킴.
– A₁ 변태점 온도 부근에서 장시간 가열 유지 → 반복 가열 → 냉각 가열 후 서냉을 시행함.
② 처리목적
– 공구강이나 면도날 등의 열처리에 이용함.
(바) 확산 풀림(균질화 풀림)
① 처리방법
– 주괴 편석이나 섬유상 편석을 없애고 강을 균질화시키기 위해 고온에서(A₃ 또는 Acm 이상) 장시간 가열 후 노 속에서 서냉하며 풀림 온도가 높을수록 균질화는 빠르게 일어나지만 결정립이 조대화되므로 주의해야 함.
② 처리목적
– 침탄 처리한 탄소강을 확산 풀림하여 침탄층의 깊이를 증가시키고 표면에 강인한 펄라이트를 조성하여 내충격성 및 내마멸성을 얻고 편석을 제거함.
풀림의 분류
| 구분 | 풀림 온도 | 종류 |
|---|---|---|
| 저온 풀림 | A₁ 변태점 이하 | 응력제거 풀림, 연화 풀림, 구상화 풀림 |
| 고온 풀림 | A₁ 변태점 이상 | 완전 풀림, 등온 풀림, 확산 풀림 |
(4) 불림
1) 개요
압연이나 주조한 강괴는 불순물의 편석으로 균일한 조직을 갖지 못하고 급냉에 의한 결정립의 조대화로 인해 정상적인 조직을 갖게 할 필요가 있을 때 시행하는 열처리 방법.
불림은 입자조직을 균일하게 하고 내부응력을 제거하여 물리적 성질을 적정하게 하기 위한 열처리이며 A₃ 및 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 적정시간 동안 균일한 오스테나이트로 유지시킨 후 바람이 없는 대기 중에서 서냉하면 표준조직이 얻어지므로 표준화 열처리라고도 함.
2) 목적
응고 속도 또는 가공도의 차이에 따라 발생된 불균일한 조직의 국부적인 차이를 해소하고 내부응력을 제거하여 기계적, 물리적 성질을 표준화함.
결정립을 미세화시켜서 어느 정도의 강도 증가를 피하고 담금질이나 완전 풀림을 위한 예비 처리로서 균일한 오스테나이트를 만듦.
저탄소강의 기계 가공성을 개선하여 절삭성을 향상시키고 결정입자의 조정 및 변형을 방지함.
3) 불림 처리강의 특징
(가) 단강품
가공 등에 의한 잔류응력이 제거되고 결정립이 미세화됨으로써 강도와 인성이 증가 됨.
단강품은 일반적으로 불림 또는 풀림을 하여 사용하고 불림을 통해 강도 증가를 꾀할 수 있음.
가열온도가 너무 높으면 결정립이 재차 성장하고 이에 따라 강도와 인성이 저하될 수 있으므로 주의해야 함.
(나) 주강품
편석이나 조대화된 결정립을 미세한 펄라이트 조직으로 만듦.
편석이 심할 경우에는 불림 온도를 높이고 유지시간도 길게 해야 함.
4) 방법
(가) 일반 불림
강을 A₁ 또는 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 균일한 오스테나이트로 만든 다음 대기 중에서 연속 냉각을 함.
강의 내부와 외부의 온도가 같을 때까지 유지한 후 온도가 같아지면 즉시 냉각을 함.
(나) 2단 불림
두께가 75mm 이상 되는 대형 부품이나 고탄소강의 백점 또는 내부 균열을 방지하기 위해 구조용강의 강인성을 향상시키기 위해 550℃까지 공냉 후 노 속에서 서냉시킴.
(다) 항온 불림
저탄소 합금강의 피삭성을 향상시키기 위해 550℃에서 등온변태시키고 공냉을 함.
열처리 방법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금형 재료의 열처리 방법 및 표면경화처리에 대한 포스트를 이어갈 예정입니다.
2022년 01월 23일
열처리 2
제4장 냉각속도에 따른 열처리 조직과 열처리 방법
열처리란 가열·냉각 등의 조작을 적당한 속도로 조절하여 그 재료의 특성을 개량하는 것으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 이용되는 방법을 말하며 대표적인 열처리 방법(Method)에는 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing), 불림(Normalizing)이 있습니다.
(2) 뜨임
1) 개요
담금질한 강의 경도를 약간 낮춰 내부응력을 제거하고 인성을 부여하기 위해 재가열하여 서냉하는 열처리이며 불안정한 조직을 안정화하는 것으로 재결정 온도 이하에서 시행해야 함.
담금질 철재의 가열은 재결정 온도 이상으로 가열 유지시키면 담금질 전의 상태로 되돌아감.
2) 목적
담금질 시 형성되는 내부응력 제거.(내부 응력은 가공 시 응력의 균형이 달라져 변형이나 균열을 발생하고 그대로 사용 시 시간 경과에 따라 응력의 완화로 변형)
마텐자이트 조직은 매우 단단하고 취성이 있으므로 인성을 유지.
담금질에 의해 형성된 불안정한 조직을 안정된 조직으로 바꿈.(불안정한 마텐자이트 조직을 안정된 페라이트와 시멘타이트로 변화시킴)
3) 방법
(가) 저온 뜨임
주로 150~200℃ 가열 후 공냉시키며 뜨임 시간은 25mm 두께당 30분 정도 유지해야 함.
공구강 등과 같은 높은 경도와 내마모성을 필요로 하는 경우 마텐자이트 특유의 경도를 떨어뜨리지 않고 치수 안정성과 다소의 인성을 향상시킴.
(나) 고온 뜨임
주로 500~600℃ 가열 후 급냉(수냉, 유냉), 서냉을 하면 뜨임 취성이 발생할 수 있음.
기계 구조용강 등과 같이 높은 인성을 필요로 하는 경우 소르바이트를 얻는 처리법.
담금질, 뜨임에 의해 인성을 향상시키는 것을 조질이라고 함.
(다) 등온 뜨임
소재를 Ar˝ (약 250℃) 이상의 온도로 가열하고 일정 시간 유지하여 마텐자이트를 베이나이트로 변태시킨 다음 적당한 온도로 냉각하여 균일한 온도가 될 때까지 유지한 후 공냉시킴.
베이나이트 뜨임이라고도 하며 고속도강을 등온 뜨임하면 인성과 절삭능력이 향상됨.
4) 뜨임색(Tempering Color)
뜨임 온도는 재료의 색깔에 의해 판별되기도 하며 강 표면에 얇은 산화 피막이 발생하여 그 두께에 따라 색이 달라짐.
뜨임색은 가열시간과 온도에 따라 달라지고 뜨임 시간이 길어지면 산화 피막의 두께가 증가하여 고온의 색을 띠며 이때에는 색깔에 대한 온도의 구별이 곤란할 때도 있음.
| 색 | 온도(℃) | 품명 |
|---|---|---|
| 극담황색(Very Faint Yellow) | 215 | 동 조각용 정, 커터, 망치, 칼, 목재 조각용 칼 |
| 담황색(Light Yellow) | 227 | 커터, 전단 칼, 탭, 칼, 바이트 |
| 보리짚색(Straw) | 240 | 목형 날 공구, 리머, 석공용 날 공구 |
| 암황색(Deep Yellow) | 250 | 원형 톱, 드릴 |
| 다색(Brown) | 260 | 목공 원형 톱, 칼 |
| 농다색(Brown Purple) | 270 | 강 및 주철용 정, 제관용 날 공구, 금속용 톱날 |
| 담자색(Purple) | 280 | 목곡용 날 공구, 단조용 날 공구 |
| 농청색(Blue) | 300 | 드라이버, 목공용 대팻 날, 스프링 |
5) 뜨임 취성
(가) 저온 뜨임 취성
200~400℃ 부근에서 뜨임 시 충격값이 현저히 감소하는 취성임.
인이나 질소를 많이 함유한 강에서 확실히 나타남.
규소를 강에 첨가하면 발생 온도가 300℃ 정도까지 상승할 수 있음.
(나) 고온 뜨임 취성
500~550℃ 부근에서 취화, 특정 원소가 서냉에 의해 구 오스테나이트 결정립계에 편석되어 발생하며 인, 안티몬(Sb), 주석 함유 시 현저하게 나타남.
600℃ 이상 온도에서 뜨임 후 급냉하고 몰리브덴을 첨가하면 취성을 방지할 수 있음.
6) 뜨임 균열
(가) 발생 원인
뜨임 시 급가열하거나,
탈탄층이 있거나,
뜨임 온도에서 급냉하면 발생함.
(나) 대책
급가열을 피하고 뜨임 온도에서 서냉할 것.
뜨임 전 탈탄층을 제거할 것.
(3) 풀림
1) 개요
탄소강을 연화시킬 목적으로 적당한 온도까지 가열하고 그 온도를 어느 정도 유지한 후 서서히 냉각시키는 열처리이며 단조, 주조, 기계가공에서 생긴 내부응력을 제거하고 열처리에 의해 강화된 재료나 가공경화 된 재료를 연화시킬 때 시행하는 열처리 방법.
2) 목적
기계적 성질, 피삭성이 개선되고 조직이 균일화됨.
내부 조직을 개선시키고 담금질 효과가 향상됨.
경도를 감소시키고 인성을 증가하여 연화시킴.
3) 풀림의 종류 및 특징
(가) 완전 플림
① 처리방법
– 아공석강에서는 A₃ 이상, 과공석강에서는 A₁ 이상의 온도로 가열하고 그 온도에서 충분한 시간 동안 유지하여 서냉시켜 페라이트와 펄라이트(아공석강), 망상 시멘타이트와 조대한 펄라이트(과공석강)로 만듦.
② 처리목적
– 금속 재료를 연화시켜 절삭가공이나 소성가공을 쉽게 하기 위한 풀림 처리임.
(나) 등온 풀림
① 처리방법
– 사이클 풀림(Cycle Annealing) 이라고 하며 완전 풀림의 일종으로 단지 항온변태만 이용한다는 차이만 있을 뿐임.
– 강을 오스테나이트화 한 후 노즈 온도에 해당하는 600~650℃의 염욕에 넣어 5~6시간 유지한 후 공냉시키며 풀림의 소요시간이 매우 짧은 특징이 있음.
② 처리목적
– 공구강, 함금강의 풀림 시간을 단축할 목적으로 이용하는 풀림 처리임.
(다) 응력제거 풀림
① 처리방법
– 재결정 온도(450℃) 이상 A₁ 변태점 이하에서 시행함.
– 냉각할 때 열응력이 생겨서 변형이 발생하지 않도록 500℃까지는 노 속에서 매우 천천히 냉각하고 그 이후에는 공냉을 함.
② 처리목적
– 잔류응력에 의한 변형 방지가 목적이나 잔류응력 제거와 함께 결정입자를 미세화하고자 할 때는 완전 풀림이나 불림을 하여야 함.
(라) 연화 풀림
① 처리방법
– A₁ 변태점 근처의 온도에서 가열하여 재결정에 의해 경도를 균일하게 저하시킴으로써 소성 및 절삭가공을 쉽게 하기 위해 시행하는 풀림 처리임.
② 처리목적
– 냉간가공 시 발생된 가공경화를 제거하는 것이 목적이며 가열온도의 상승과 함께 조직의 회복 → 재결정 → 결정립 성장의 3단계로 연화됨.
(마) 구상화 풀림
① 처리방법
– 펄라이트를 구성하는 시멘타이트가 층상 또는 망상으로 존재하면 기계 가공성이 나빠지고 특히 담금질 시 균열이나 변형 발생을 초래하기 쉬워 탄화물을 구상화시킴.
– A₁ 변태점 온도 부근에서 장시간 가열 유지 → 반복 가열 → 냉각 가열 후 서냉을 시행함.
② 처리목적
– 공구강이나 면도날 등의 열처리에 이용함.
(바) 확산 풀림(균질화 풀림)
① 처리방법
– 주괴 편석이나 섬유상 편석을 없애고 강을 균질화시키기 위해 고온에서(A₃ 또는 Acm 이상) 장시간 가열 후 노 속에서 서냉하며 풀림 온도가 높을수록 균질화는 빠르게 일어나지만 결정립이 조대화되므로 주의해야 함.
② 처리목적
– 침탄 처리한 탄소강을 확산 풀림하여 침탄층의 깊이를 증가시키고 표면에 강인한 펄라이트를 조성하여 내충격성 및 내마멸성을 얻고 편석을 제거함.
풀림의 분류
| 구분 | 풀림 온도 | 종류 |
|---|---|---|
| 저온 풀림 | A₁ 변태점 이하 | 응력제거 풀림, 연화 풀림, 구상화 풀림 |
| 고온 풀림 | A₁ 변태점 이상 | 완전 풀림, 등온 풀림, 확산 풀림 |
(4) 불림
1) 개요
압연이나 주조한 강괴는 불순물의 편석으로 균일한 조직을 갖지 못하고 급냉에 의한 결정립의 조대화로 인해 정상적인 조직을 갖게 할 필요가 있을 때 시행하는 열처리 방법.
불림은 입자조직을 균일하게 하고 내부응력을 제거하여 물리적 성질을 적정하게 하기 위한 열처리이며 A₃ 및 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 적정시간 동안 균일한 오스테나이트로 유지시킨 후 바람이 없는 대기 중에서 서냉하면 표준조직이 얻어지므로 표준화 열처리라고도 함.
2) 목적
응고 속도 또는 가공도의 차이에 따라 발생된 불균일한 조직의 국부적인 차이를 해소하고 내부응력을 제거하여 기계적, 물리적 성질을 표준화함.
결정립을 미세화시켜서 어느 정도의 강도 증가를 피하고 담금질이나 완전 풀림을 위한 예비 처리로서 균일한 오스테나이트를 만듦.
저탄소강의 기계 가공성을 개선하여 절삭성을 향상시키고 결정입자의 조정 및 변형을 방지함.
3) 불림 처리강의 특징
(가) 단강품
가공 등에 의한 잔류응력이 제거되고 결정립이 미세화됨으로써 강도와 인성이 증가 됨.
단강품은 일반적으로 불림 또는 풀림을 하여 사용하고 불림을 통해 강도 증가를 꾀할 수 있음.
가열온도가 너무 높으면 결정립이 재차 성장하고 이에 따라 강도와 인성이 저하될 수 있으므로 주의해야 함.
(나) 주강품
편석이나 조대화된 결정립을 미세한 펄라이트 조직으로 만듦.
편석이 심할 경우에는 불림 온도를 높이고 유지시간도 길게 해야 함.
4) 방법
(가) 일반 불림
강을 A₁ 또는 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 가열하여 균일한 오스테나이트로 만든 다음 대기 중에서 연속 냉각을 함.
강의 내부와 외부의 온도가 같을 때까지 유지한 후 온도가 같아지면 즉시 냉각을 함.
(나) 2단 불림
두께가 75mm 이상 되는 대형 부품이나 고탄소강의 백점 또는 내부 균열을 방지하기 위해 구조용강의 강인성을 향상시키기 위해 550℃까지 공냉 후 노 속에서 서냉시킴.
(다) 항온 불림
저탄소 합금강의 피삭성을 향상시키기 위해 550℃에서 등온변태시키고 공냉을 함.
열처리 방법에 대한 포스트를 마치고 다음에는 금형 재료의 열처리 방법 및 표면경화처리에 대한 포스트를 이어갈 예정입니다.
2022년 01월 23일