열처리 기본 사항 요약!

열처리란 금속을 고체 상태에서 가열, 유지 및 냉각하는 열처리 공정을 말하며, 이를 통해 원하는 조직과 특성을 얻습니다.

I. 열처리

1. 노멀라이징: 강철 또는 강철 조각을 AC3 또는 ACM의 임계점 이상으로 가열한 후 적절한 온도에서 일정 시간 동안 유지하고, 공기 중에서 냉각시켜 펄라이트형 조직을 얻는 열처리 공정입니다.

2. 어닐링: 공융강 공작물을 AC3 온도인 20~40도 이상으로 가열한 후 일정 시간 유지하고, 노를 이용하여 (또는 모래나 석회에 묻어) 공기 냉각보다 낮은 500도까지 서서히 냉각시키는 열처리 공정.

3. 고용체 열처리: 합금을 고온의 단상 영역으로 가열하여 일정한 온도를 유지함으로써 과잉상이 고용체에 완전히 용해되도록 한 후, 급속 냉각하여 과포화 고용체 열처리 공정을 얻습니다.

4. 시효: 합금의 고용체 열처리 또는 냉간 소성 변형 후, 상온 또는 상온보다 약간 높은 온도에 보관할 때 시간에 따라 물성이 변하는 현상.

5. 고용체 처리: 합금의 다양한 상이 완전히 용해되도록 하여 고용체를 강화하고 인성 및 내식성을 향상시키며 응력과 연화를 제거하여 성형 가공을 계속할 수 있도록 합니다.

6. 시효 처리: 강화상 석출 온도에서 가열 및 유지하여 강화상이 석출되고 경화되어 강도가 향상됩니다.

7. 담금질: 적절한 냉각 속도로 냉각 후 강재를 오스테나이트화하여 열처리 공정의 일환으로 공작물의 단면 전체 또는 일정 범위의 불안정한 조직 구조(예: 마르텐사이트 변태)를 형성합니다.

8. 템퍼링: 담금질된 공작물을 적절한 온도 이하의 AC1 임계점까지 일정 시간 동안 가열한 후, 해당 방법의 요구 사항에 따라 냉각하여 열처리 공정에서 원하는 조직 및 특성을 얻습니다.

9. 강철 탄질화 처리: 탄질화 처리는 강철의 표면층에 탄소와 질소를 동시에 침투시키는 공정입니다. 일반적인 탄질화 처리에는 시안화 탄질화 처리, 중온 가스 탄질화 처리, 저온 가스 탄질화 처리(즉, 가스 질화탄화 처리) 등이 있으며, 저온 가스 탄질화 처리가 더 널리 사용됩니다. 중온 가스 탄질화 처리의 주된 목적은 강철의 경도, 내마모성 및 피로 강도를 향상시키는 것입니다. 저온 가스 탄질화 처리는 질화 처리를 기반으로 하며, 주된 목적은 강철의 내마모성과 내충격성을 향상시키는 것입니다.

10. 템퍼링 처리(담금질 및 템퍼링): 일반적으로 고온에서 담금질과 템퍼링을 병행하는 열처리를 템퍼링 처리라고 합니다. 템퍼링 처리는 커넥팅 로드, 볼트, 기어, 샤프트 등 교류 하중을 받는 다양한 중요 구조 부품에 널리 사용됩니다. 템퍼링 처리를 통해 템퍼링된 소나이트 조직을 얻을 수 있으며, 이는 동일한 경도의 노멀라이징된 소나이트 조직보다 기계적 특성이 우수합니다. 경도는 고온 템퍼링 온도, 강재의 템퍼링 안정성, 가공물의 단면적에 따라 달라지며, 일반적으로 HB200~350 정도입니다.

11. 브레이징: 브레이징 재료는 두 종류의 공작물을 가열하여 녹인 후 접합하는 열처리 공정입니다.

II.T그 과정의 특징

금속 열처리는 기계 제조에서 중요한 공정 중 하나입니다. 다른 가공 공정과 비교했을 때, 열처리는 일반적으로 가공물의 형상이나 전체적인 화학적 조성을 변화시키지는 않지만, 가공물의 내부 미세 구조나 표면의 화학적 조성을 변화시켜 가공물의 특성을 향상시키거나 부여합니다. 이는 가공물의 본질적인 품질 향상을 의미하며, 일반적으로 육안으로 확인할 수 없습니다. 요구되는 기계적, 물리적, 화학적 특성을 갖춘 금속 가공물을 만들기 위해서는 재료의 적절한 선택과 다양한 성형 공정 외에도 열처리 공정이 필수적인 경우가 많습니다. 강철은 기계 산업에서 가장 널리 사용되는 재료이며, 복잡한 미세 구조를 가지고 있어 열처리를 통해 제어할 수 있기 때문에 금속 열처리의 주를 이룹니다. 또한 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄 등의 합금도 열처리를 통해 기계적, 물리적, 화학적 특성을 변화시켜 다양한 성능을 얻을 수 있습니다.

III.T그 과정

열처리 공정은 일반적으로 가열, 유지, 냉각의 세 단계로 구성되며, 경우에 따라 가열과 냉각의 두 단계만으로 구성되기도 합니다. 이러한 단계들은 서로 연결되어 있으며, 중단될 수 없습니다.

가열은 열처리에서 중요한 공정 중 하나입니다. 금속 열처리에는 여러 가지 가열 방법이 있는데, 초기에는 숯과 석탄을 열원으로 사용했고, 최근에는 액체 및 기체 연료를 사용합니다. 전기를 사용하면 가열 제어가 용이하고 환경 오염이 발생하지 않습니다. 이러한 열원을 사용하여 직접 가열할 수도 있고, 용융염이나 금속을 통해 부유 입자로 간접 가열할 수도 있습니다.

금속을 가열할 때 공작물이 공기에 노출되면 산화 및 탈탄이 자주 발생합니다(즉, 강철 부품 표면의 탄소 함량이 감소함). 이는 열처리된 부품의 표면 특성에 매우 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 금속은 일반적으로 제어된 분위기 또는 보호 분위기, 용융염 가열 및 진공 가열과 같은 환경에서 가열해야 하며, 보호 가열을 위한 코팅 또는 포장 방법도 사용할 수 있습니다.

가열 온도는 열처리 공정의 중요한 공정 변수 중 하나이며, 가열 온도의 선택 및 제어는 열처리 품질을 보장하는 핵심 요소입니다. 가열 온도는 처리 대상 금속 재료와 열처리 목적에 따라 다르지만, 일반적으로 고온 조직화를 얻기 위해 상전이 온도 이상으로 가열합니다. 또한, 변태에는 일정 시간이 소요되므로 금속 가공물의 표면이 필요한 가열 온도에 도달한 후에는 내부와 외부 온도가 같아지고 미세 구조 변태가 완료될 때까지 일정 시간 동안 해당 온도를 유지해야 하는데, 이 시간을 유지 시간이라고 합니다. 고에너지 밀도 가열 및 표면 열처리의 경우 가열 속도가 매우 빠르기 때문에 일반적으로 유지 시간이 필요하지 않지만, 화학 열처리의 경우 유지 시간이 더 길어지는 경우가 많습니다.

냉각은 열처리 공정에서 필수적인 단계이며, 냉각 방법은 공정에 따라 달라지는데, 주로 냉각 속도를 제어하는 ​​데 중점을 둡니다. 일반적으로 어닐링은 냉각 속도가 가장 느리고, 노멀라이징은 더 빠르며, 퀜칭은 더 빠릅니다. 하지만 강재의 종류와 요구 조건이 다르기 때문에, 예를 들어 공경화강은 노멀라이징과 동일한 냉각 속도로 퀜칭할 수 있습니다.

IV.피프로세스 분류

금속 열처리 공정은 크게 전체 열처리, 표면 열처리, 화학 열처리 세 가지로 나눌 수 있습니다. 가열 매체, 가열 온도, 냉각 방법에 따라 각 범주 내에서도 다양한 열처리 공정을 적용할 수 있습니다. 동일한 금속이라도 열처리 공정에 따라 조직이 달라지고, 결과적으로 물성도 달라집니다. 철강은 산업에서 가장 널리 사용되는 금속이며, 철강의 미세구조는 매우 복잡하기 때문에 철강 열처리 공정 또한 매우 다양합니다.

전체 열처리란 가공물을 전체적으로 가열한 후 적절한 속도로 냉각하여 원하는 야금학적 조직을 얻고, 이를 통해 금속의 전반적인 기계적 특성을 변화시키는 공정입니다. 강철의 전체 열처리는 크게 어닐링, 노멀라이징, 퀜칭, 템퍼링의 네 가지 기본 공정으로 나눌 수 있습니다.

프로세스란 다음을 의미합니다:

어닐링은 가공물을 적절한 온도로 가열하고, 재질과 크기에 따라 유지 시간을 달리한 후 서서히 냉각하는 공정으로, 금속 내부 조직이 평형 상태에 도달하거나 거의 도달하도록 하여 우수한 가공 성능과 품질을 얻거나, 추가적인 담금질을 위한 조직화 준비를 하는 것을 목적으로 합니다.

노멀라이징은 공작물을 적절한 온도로 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 공정으로, 어닐링과 유사한 효과를 가지지만 표면 조직을 더욱 미세하게 만드는 데 목적이 있습니다. 주로 재료의 절삭 성능 향상에 사용되지만, 때로는 요구 조건이 덜 까다로운 부품의 최종 열처리로 사용되기도 합니다.

담금질이란 가공물을 가열하고 절연시킨 후 물, 기름, 기타 무기염, 유기 수용액 등의 담금질 매체에 넣어 급속 냉각하는 공정입니다. 담금질 후 강철 부품은 단단해지지만 동시에 취성이 생기므로, 이러한 취성을 적시에 제거하기 위해서는 일반적으로 적절한 시기에 템퍼링 처리가 필요합니다.

강재의 취성을 줄이기 위해, 강재를 상온보다 높고 650℃보다 낮은 적절한 온도에서 장시간 유지한 후 냉각시키는 공정을 템퍼링이라고 합니다. 어닐링, 노멀라이징, 담금질, 템퍼링은 "사열처리"의 일종으로, 담금질과 템퍼링은 밀접한 관련이 있으며 서로 병행하여 사용되는 경우가 많고, 어느 하나라도 필수적입니다. "사열처리"는 가열 온도와 냉각 방식에 따라 다양한 열처리 공정으로 발전해 왔습니다. 특정 강도와 인성을 얻기 위해 고온에서 담금질과 템퍼링을 결합한 공정을 템퍼링이라고 합니다. 특정 합금을 담금질하여 과포화 고용체를 형성한 후, 상온 또는 이보다 약간 높은 적절한 온도에서 장시간 유지하여 합금의 경도, 강도 또는 전기적 특성을 향상시키는 열처리 공정을 시효처리라고 합니다.

압력 가공 변형과 열처리를 효과적이고 긴밀하게 결합하여 수행함으로써, 변형 열처리라고 알려진 방법을 통해 공작물에 매우 우수한 강도와 인성을 얻을 수 있습니다. 또한, 진공 열처리라고 알려진 음압 분위기 또는 진공 상태에서의 열처리는 공작물의 산화 및 탈탄을 방지하고 처리 후 공작물 표면을 유지하며 공작물의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 삼투제를 이용한 화학적 열처리도 가능하게 합니다.

표면 열처리는 공작물의 표면층만을 가열하여 표면층의 기계적 특성을 변화시키는 금속 열처리 공정입니다. 공작물 내부로 과도한 열전달을 방지하고 표면층만 가열하기 위해서는 높은 에너지 밀도를 가진 열원을 사용해야 합니다. 즉, 공작물 단위 면적당 더 많은 열에너지를 공급하여 공작물 표면층 또는 특정 부위가 단시간 또는 순간적으로 고온에 도달하도록 해야 합니다. 표면 열처리에는 화염 담금질과 유도 가열이 주요 방법이며, 일반적으로 사용되는 열원으로는 산소-아세틸렌 또는 산소-프로판 화염, 유도 전류, 레이저 및 전자빔 등이 있습니다.

화학 열처리는 공작물의 표면층의 화학적 조성, 구조 및 특성을 변화시키는 금속 열처리 공정입니다. 화학 열처리는 표면 열처리와 달리 공작물 표면층의 화학적 조성을 변화시킨다는 점에서 차이가 있습니다. 화학 열처리는 탄소, 염 또는 기타 합금 원소를 포함하는 매체(기체, 액체, 고체) 내에 공작물을 놓고 가열 및 절연 과정을 장시간 진행하여 공작물 표면층에 탄소, 질소, 붕소, 크롬 등의 원소가 침투하도록 하는 공정입니다. 원소 침투 후에는 담금질이나 템퍼링과 같은 추가적인 열처리 공정을 적용하기도 합니다. 화학 열처리의 주요 방법으로는 침탄, 질화, 금속 침투 등이 있습니다.

열처리는 기계 부품 및 금형 제조 공정에서 중요한 공정 중 하나입니다. 일반적으로 열처리는 내마모성, 내식성 등 가공물의 다양한 특성을 확보하고 향상시킬 수 있습니다. 또한, 가공물의 조직화 및 응력 상태를 개선하여 다양한 냉간 및 열간 가공을 용이하게 합니다.

예를 들어, 백주철은 장시간 어닐링 처리를 통해 가단성 주철을 얻을 수 있으며, 이는 소성을 향상시킵니다. 기어는 적절한 열처리 공정을 거치면 열처리하지 않은 기어보다 수명이 훨씬 더 길어질 수 있습니다. 또한, 저렴한 탄소강에 특정 합금 원소를 침투시키면 고가의 합금강과 같은 성능을 낼 수 있어 일부 내열강이나 스테인리스강을 대체할 수 있습니다. 금형과 다이는 거의 모두 열처리를 거쳐야만 사용 가능합니다.

보충 수단

I. 어닐링의 종류

어닐링은 공작물을 적절한 온도로 가열하고 일정 시간 동안 유지한 다음 천천히 냉각시키는 열처리 공정입니다.

강철 어닐링 공정에는 여러 종류가 있으며, 가열 온도에 따라 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 임계 온도(Ac1 또는 Ac3) 이상에서 진행하는 어닐링으로, 상변화 재결정 어닐링이라고도 하며, 완전 어닐링, 불완전 어닐링, 구상화 어닐링, 확산 어닐링(균질화 어닐링) 등이 포함됩니다. 다른 하나는 임계 온도 이하에서 진행하는 어닐링으로, 재결정 어닐링, 응력 제거 어닐링 등이 있습니다. 냉각 방법에 따라서는 등온 어닐링과 연속 냉각 어닐링으로 나눌 수 있습니다.

1. 완전 어닐링 및 등온 어닐링

완전 어닐링(재결정 어닐링이라고도 함)은 일반적으로 어닐링이라고 하며, 강재를 20~30℃ 이상의 Ac3 온도로 가열한 후, 충분한 시간 동안 유지하여 조직이 완전히 오스테나이트화되도록 하고 서서히 냉각시켜 거의 평형 상태에 가까운 조직을 얻는 열처리 공정입니다. 이 어닐링은 주로 다양한 탄소강 및 합금강 주조품, 단조품, 열간압연 프로파일의 아공융 조성에 사용되며, 용접 구조물에도 가끔 사용됩니다. 일반적으로 무게가 크지 않은 공작물의 최종 열처리 또는 일부 공작물의 예열처리로 사용됩니다.

2. 볼 어닐링

구상흑연열처리는 주로 과공정 탄소강 및 합금 공구강(예: 해당 강재로 제작되는 날카로운 공구, 게이지, 금형 및 다이)에 사용됩니다. 주된 목적은 경도를 낮추고 가공성을 향상시키며 후속 담금질을 위한 준비를 하는 것입니다.

3. 응력 완화 어닐링

응력 제거 어닐링은 저온 어닐링(또는 고온 템퍼링)이라고도 하며, 주로 주조품, 단조품, 용접부, 열간압연 부품, 냉간인발 부품 등에 남아 있는 잔류 응력을 제거하는 데 사용됩니다. 이러한 응력이 제거되지 않으면 일정 시간이 지난 후 또는 후속 절삭 공정에서 강재에 변형이나 균열이 발생할 수 있습니다.

4. 불완전 어닐링이란 열처리 공정의 조직화가 거의 균형에 도달하도록 보온과 서서히 냉각하는 과정 사이에 강재를 Ac1 ~ Ac3(아공정강) 또는 Ac1 ~ ACcm(과공정강)까지 가열하는 것을 말합니다.

II.담금질에서 가장 일반적으로 사용되는 냉각 매체는 염수, 물 및 기름입니다.

염수 담금질은 공작물의 경도를 높이고 표면을 매끄럽게 하는 데 용이하며, 담금질 후 발생하는 연질 반점이나 경화되지 않은 부분이 생기기 쉽지만, 공작물의 변형이 심해지거나 균열이 발생하기 쉽습니다. 오일을 담금질 매체로 사용하는 것은 과냉각 오스테나이트의 안정성이 비교적 큰 일부 합금강이나 크기가 작은 탄소강 공작물의 담금질에만 적합합니다.

III.강철 담금질의 목적

1. 취성을 줄이고 내부 응력을 제거하거나 감소시킵니다. 담금질된 강철은 내부 응력과 취성이 매우 큰데, 적절한 시기에 템퍼링을 하지 않으면 강철이 변형되거나 균열이 발생할 수 있습니다.

2. 가공물의 요구되는 기계적 특성을 얻기 위해, 담금질 후 가공물은 높은 경도와 취성을 갖게 됩니다. 다양한 가공물의 서로 다른 특성에 대한 요구 사항을 충족하기 위해서는 적절한 템퍼링을 통해 경도를 조절하고 취성을 줄여 필요한 인성과 소성을 확보할 수 있습니다.

3. 공작물의 크기를 안정화합니다.

4. 어닐링으로는 특정 합금강을 연화시키기가 어렵기 때문에 고온 템퍼링 후 담금질(또는 노멀라이징)을 자주 사용하여 강재에 적절한 탄화물을 응집시켜 경도를 낮추고 절삭 및 가공을 용이하게 합니다.

보충 개념

1. 어닐링: 금속 재료를 적절한 온도로 가열한 후 일정 시간 동안 유지하고 서서히 냉각시키는 열처리 공정을 말합니다. 일반적인 어닐링 공정에는 재결정 어닐링, 응력 제거 어닐링, 구상화 어닐링, 완전 어닐링 등이 있습니다. 어닐링의 목적은 주로 금속 재료의 경도를 낮추고, 소성을 향상시켜 절삭 또는 압연 가공을 용이하게 하며, 잔류 응력을 감소시키고, 조직 및 조성의 균질화를 개선하거나 후속 열처리를 위한 조직을 준비하는 것입니다.

2. 노멀라이징: 강재를 30~50℃ 이상의 온도(강재의 임계 온도)로 가열한 후 적절한 시간 동안 유지하고, 공기 중에서 냉각하는 열처리 공정을 말합니다. 노멀라이징의 목적은 주로 저탄소강의 기계적 특성을 향상시키고, 절삭 및 가공성을 개선하며, 결정립을 미세화하고, 조직 결함을 제거하여 후속 열처리를 위한 조직을 준비하는 것입니다.

3. 담금질: 담금질은 강재를 Ac3 또는 Ac1(임계 온도 이하의 강재)까지 특정 온도로 가열한 후 일정 시간 동안 유지하고 적절한 냉각 속도로 냉각시켜 마르텐사이트(또는 베이나이트) 조직을 얻는 열처리 공정을 말합니다. 일반적인 담금질 공정에는 단일 매체 담금질, 이중 매체 담금질, 마르텐사이트 담금질, 베이나이트 등온 담금질, 표면 담금질 및 국부 담금질 등이 있습니다. 담금질의 목적은 강재 부품에 필요한 마르텐사이트 조직을 얻어 가공물의 경도, 강도 및 내마모성을 향상시키고 후속 열처리 공정을 위한 최적의 조건을 만드는 것입니다.

4. 템퍼링: 경화된 강재를 Ac1 이하의 온도로 가열하여 일정 시간 유지한 후 상온으로 냉각하는 열처리 공정을 말합니다. 일반적인 템퍼링 공정에는 저온 템퍼링, 중온 템퍼링, 고온 템퍼링 및 복합 템퍼링이 있습니다.

템퍼링의 주된 목적은 담금질 과정에서 강철에 발생하는 응력을 제거하여 강철이 높은 경도와 내마모성을 갖추고, 필요한 소성 및 인성을 갖도록 하는 것입니다.

5. 템퍼링: 담금질과 고온 템퍼링을 결합한 복합 열처리 공정을 의미합니다. 템퍼링 처리된 강재를 템퍼링강이라고 합니다. 일반적으로 중탄소 구조강 및 중탄소 합금 구조강에 적용됩니다.

6. 침탄: 침탄은 탄소 원자가 강철의 표면층으로 침투하도록 하는 공정입니다. 저탄소강 가공물의 표면층에 고탄소강층을 형성한 후, 담금질 및 저온 템퍼링을 통해 표면층은 높은 경도와 내마모성을 갖도록 하고, 중심부는 저탄소강의 인성과 소성을 유지하도록 하는 공정입니다.

진공법

금속 가공물의 가열 및 냉각 작업은 완료하는 데 수십 가지의 동작이 필요하기 때문입니다. 이러한 동작들은 진공 열처리로 내부에서 수행되므로 작업자가 접근할 수 없어 진공 열처리로의 자동화 수준이 매우 높아야 합니다. 특히, 금속 가공물의 가열 및 유지, 담금질과 같은 일부 동작은 6~7단계에 불과하며 15초 이내에 완료되어야 합니다. 이처럼 많은 동작을 신속하게 처리해야 하는 조건은 작업자의 긴장을 유발하고 오작동을 초래할 수 있습니다. 따라서 프로그램에 따라 정확하고 시기적절하게 작업을 조정하려면 높은 수준의 자동화가 필수적입니다.

금속 부품의 진공 열처리는 밀폐된 진공로에서 수행되며, 엄격한 진공 밀봉이 필수적입니다. 따라서 진공로의 원래 공기 누출률을 유지하고, 진공로의 작동 진공도를 확보하여 부품의 진공 열처리 품질을 보장하는 것이 매우 중요합니다. 진공 열처리로의 핵심 과제는 신뢰할 수 있는 진공 밀봉 구조를 갖추는 것입니다. 진공로의 진공 성능을 확보하기 위해 진공 열처리로 구조 설계는 기본 원칙을 따라야 합니다. 즉, 로 본체는 기밀 용접을 사용하고, 로 본체의 개구부를 최소화하거나 없애고, 동적 밀봉 구조의 사용을 최소화하거나 피하여 진공 누출 가능성을 최소화해야 합니다. 진공로 본체에 설치되는 수냉식 전극, 열전대 출력 장치 등의 부품 및 액세서리 또한 밀봉 구조로 설계되어야 합니다.

대부분의 발열 및 단열재는 진공 상태에서만 사용할 수 있습니다. 진공 열처리로의 발열 및 단열 라이닝은 진공 및 고온 환경에서 작동하므로 이러한 재료는 내열성, 복사열 저항성, 열전도율 등 높은 요구 조건을 충족해야 합니다. 산화 저항성에 대한 요구 조건은 높지 않습니다. 따라서 진공 열처리로에는 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브덴, 흑연 등이 발열 및 단열재로 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 재료들은 대기 중에서 산화가 매우 쉽기 때문에 일반적인 열처리로에는 사용할 수 없습니다.

수냉식 장치: 진공 열처리로 본체, 덮개, 전기 가열 소자, 수냉식 전극, 중간 진공 단열 도어 등의 구성 요소는 진공 상태에서 열 작업을 수행합니다. 이러한 매우 불리한 조건에서 작동하기 때문에 각 구성 요소의 구조가 변형되거나 손상되지 않고, 진공 밀봉부가 과열되거나 타버리지 않도록 해야 합니다. 따라서 각 구성 요소에는 상황에 따라 적절한 수냉식 장치를 설치하여 진공 열처리로가 정상적으로 작동하고 충분한 수명을 확보할 수 있도록 해야 합니다.

저전압 고전류 진공 용기를 사용할 때, 진공도가 수 lxlo-1 torr 범위에 있으면, 용기 내 활선에 흐르는 전압이 높아져 글로우 방전 현상이 발생할 수 있습니다. 진공 열처리로에서 심각한 아크 방전은 전기 가열 소자와 절연층을 태워 큰 사고와 손실을 초래할 수 있습니다. 따라서 진공 열처리로의 전기 가열 소자 작동 전압은 일반적으로 80~100V를 넘지 않아야 합니다. 또한, 전기 가열 소자 구조 설계 시 부품 끝부분이 노출되지 않도록 하고, 전극 간 간격이 너무 좁지 않도록 하는 등 효과적인 조치를 취하여 글로우 방전이나 아크 방전 발생을 방지해야 합니다.

담금질

가공물의 성능 요구 사항과 열처리 온도에 따라 열처리는 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있습니다.

(가) 저온 템퍼링(150~250도)

저온 템퍼링은 템퍼링된 마르텐사이트 조직의 형성을 촉진하는 공정입니다. 이 공정의 목적은 담금질된 강재의 높은 경도와 내마모성을 유지하면서 담금질 과정에서 발생하는 내부 응력과 취성을 감소시켜 사용 중 파손이나 조기 손상을 방지하는 것입니다. 주로 다양한 고탄소강 절삭 공구, 계측기, 냉간 인발 금형, 롤링 베어링, 침탄 부품 등에 사용되며, 템퍼링 후 경도는 일반적으로 HRC58~64입니다.

(ii) 중온 템퍼링(250~500도)

중온 템퍼링 공정은 템퍼링 처리된 석영 재질을 가공하는 데 사용됩니다. 이 공정의 목적은 높은 항복 강도, 탄성 한계 및 인성을 얻는 것입니다. 따라서 주로 다양한 스프링 및 열간 가공 금형 가공에 사용되며, 템퍼링 후 경도는 일반적으로 HRC35-50입니다.

(C) 고온 템퍼링(500~650도)

고온 템퍼링 처리는 소나이트(Sohnite) 소재에 적용되는 공정입니다. 일반적인 담금질과 고온 템퍼링을 결합한 열처리를 템퍼링 처리라고 하며, 강도, 경도, 소성, 인성 등 전반적인 기계적 특성을 향상시키는 것을 목적으로 합니다. 따라서 자동차, 트랙터, 공작기계 및 기타 주요 구조 부품(예: 커넥팅 로드, 볼트, 기어, 샤프트)에 널리 사용됩니다. 템퍼링 후 경도는 일반적으로 HB200~330입니다.

변형 방지

정밀 복합 금형의 변형 원인은 복잡한 경우가 많지만, 변형 법칙을 파악하고 원인을 분석하여 다양한 예방 방법을 적용하면 금형 변형을 줄이고 제어할 수 있습니다. 일반적으로 정밀 복합 금형의 열처리 변형 방지에는 다음과 같은 방법들을 사용할 수 있습니다.

(1) 합리적인 재료 선택. 정밀 복합 금형에는 미세 변형이 좋은 금형강(예: 공기 담금질강)을 재료로 선택해야 하며, 탄화물 편석이 심한 금형강은 적절한 단조 및 템퍼링 열처리를 해야 하고, 크기가 커서 단조가 불가능한 금형강은 고용체 이중 정련 열처리를 할 수 있습니다.

(2) 금형 구조 설계는 합리적이어야 하며 두께가 너무 차이가 나지 않아야 하고 모양은 대칭이어야 하며 대형 금형의 변형을 위해 변형 법칙을 숙달하고 가공 여유를 확보해야 하며 크고 정밀하고 복잡한 금형의 경우 구조의 조합을 사용할 수 있습니다.

(3) 정밀하고 복잡한 금형은 가공 과정에서 발생하는 잔류 응력을 제거하기 위해 예열 처리를 해야 합니다.

(4) 가열 온도의 적절한 선택, 가열 속도 제어, 정밀하고 복잡한 금형의 경우 느린 가열, 예열 및 기타 균형 가열 방법을 사용하여 금형 열처리 변형을 줄일 수 있습니다.

(5) 금형의 경도를 확보한다는 전제하에 예냉, 단계적 냉각 담금질 또는 온도 담금질 공정을 사용해 보십시오.

(6) 정밀하고 복잡한 금형의 경우, 조건이 허락한다면 진공 가열 담금질과 담금질 후 심냉 처리를 사용해 보십시오.

(7) 정밀하고 복잡한 금형의 경우 금형의 정확도를 제어하기 위해 예열처리, 시효열처리, 템퍼링 질화열처리를 사용할 수 있습니다.

(8) 주형 모래 구멍, 기공, 마모 등의 결함을 수리할 때 냉간 용접기 및 기타 열 충격 수리 장비를 사용하여 수리 과정의 변형을 방지합니다.

또한, 정확한 열처리 공정 운영(예: 구멍 막음, 구멍 묶기, 기계적 고정, 적절한 가열 방법, 금형의 냉각 방향 및 냉각 매체 내 이동 방향의 올바른 선택 등)과 합리적인 템퍼링 열처리 공정은 정밀하고 복잡한 금형의 변형을 줄이는 데 효과적인 조치입니다.

표면 담금질 및 템퍼링 열처리는 일반적으로 유도 가열 또는 화염 가열을 통해 수행됩니다. 주요 기술 매개변수는 표면 경도, 국부 경도 및 유효 경화층 깊이입니다. 경도 측정에는 비커스 경도계, 로크웰 경도계 또는 표면 로크웰 경도계를 사용할 수 있습니다. 시험력(척도)의 선택은 유효 경화층 깊이와 공작물의 표면 경도에 따라 달라집니다. 여기에는 세 가지 종류의 경도계가 사용됩니다.

첫째, 비커스 경도계는 열처리된 가공물의 표면 경도를 측정하는 중요한 수단으로, 0.5kg에서 100kg까지 다양한 시험력을 선택할 수 있고, 0.05mm 두께의 얇은 표면 경화층까지 측정 가능하며, 최고 수준의 정확도를 자랑하여 열처리된 가공물의 표면 경도의 미세한 차이까지 구별할 수 있습니다. 또한, 비커스 경도계는 유효 경화층의 깊이까지 측정할 수 있으므로, 표면 열처리 공정이나 표면 열처리 가공물을 대량으로 사용하는 설비에는 비커스 경도계를 반드시 갖추어야 합니다.

둘째, 표면 로크웰 경도계는 표면 경화 가공물의 경도를 측정하는 데 매우 적합하며, 세 가지 측정 스케일을 선택할 수 있습니다. 다양한 표면 경화 가공물의 유효 경화 깊이가 0.1mm 이상인 경우에도 측정이 가능합니다. 표면 로크웰 경도계의 정밀도는 비커스 경도계만큼 높지는 않지만, 열처리 공장의 품질 관리 및 적격성 검사 수단으로서 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 또한, 조작이 간단하고 사용이 간편하며 가격이 저렴하고 측정 속도가 빠르며 경도 값을 직접 읽을 수 있는 등의 장점이 있습니다. 표면 로크웰 경도계를 사용하면 표면 열처리 가공물의 경도를 빠르고 비파괴적으로 개별적으로 측정할 수 있어 금속 가공 및 기계 제조 공장에 매우 유용합니다.

셋째, 표면 열처리 경화층이 두꺼울 경우 로크웰 경도계를 사용할 수도 있습니다. 열처리 경화층 두께가 0.4~0.8mm일 때는 HRA 척도를, 0.8mm 이상일 때는 HRC 척도를 사용할 수 있습니다.

비커스, 로크웰, 표면 로크웰 세 가지 경도 값은 서로 쉽게 변환할 수 있으며, 표준, 도면 또는 사용자가 필요로 하는 경도 값으로 변환할 수 있습니다. 해당 변환표는 국제 표준 ISO, 미국 표준 ASTM 및 중국 표준 GB/T에 제공됩니다.

국부 경화

부품의 국부 경도가 높아야 하는 경우, 유도 가열이나 기타 국부 담금질 열처리 방법을 사용할 수 있습니다. 이러한 부품은 일반적으로 도면에 국부 담금질 열처리 위치와 해당 경도 값을 표시해야 합니다. 부품의 경도 시험은 지정된 영역에서 수행해야 합니다. 경도 시험 장비로는 로크웰 경도계를 사용하여 HRC 경도 값을 측정할 수 있으며, 열처리 경화층이 얕은 경우에는 표면 로크웰 경도계를 사용하여 HRN 경도 값을 측정할 수 있습니다.

화학적 열처리

화학적 열처리란 공작물의 표면에 하나 또는 여러 가지 화학 원소의 원자를 침투시켜 공작물 표면의 화학적 조성, 구조 및 특성을 변화시키는 공정입니다. 담금질 및 저온 템퍼링 처리 후, 공작물 표면은 높은 경도, 내마모성 및 접촉 피로 강도를 가지며, 공작물 내부는 높은 인성을 갖게 됩니다.

위에서 언급한 바와 같이, 열처리 공정에서 온도의 측정 및 기록은 매우 중요하며, 온도 제어가 제대로 이루어지지 않으면 제품에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 온도 측정은 매우 중요하며, 전체 공정의 온도 변화 추이 또한 매우 중요합니다. 결과적으로 열처리 공정의 온도 변화를 기록하는 것은 필수적이며, 이는 향후 데이터 분석을 용이하게 하고 온도가 요구 조건을 충족하지 못하는 시점을 파악하는 데 도움이 됩니다. 이러한 기록은 향후 열처리 공정 개선에 크게 기여할 것입니다.

운영 절차

1. 작업 현장을 정리하고, 전원 공급 장치, 계측기 및 각종 스위치가 정상인지, 수원지가 원활한지 점검하십시오.

2. 작업자는 적절한 작업 보호 장비를 착용해야 하며, 그렇지 않으면 위험할 수 있습니다.

3. 제어 전원 범용 전환 스위치를 열어 장비의 단계별 온도 상승 및 하강에 대한 기술 요구 사항을 충족함으로써 장비의 수명을 연장하고 장비의 손상을 방지합니다.

4. 열처리로의 온도와 메쉬 벨트 속도 조절에 주의를 기울여 다양한 재료에 필요한 온도 기준을 충족하고, 가공물의 경도, 표면 평탄도 및 산화층을 확보하며, 안전에 각별히 유의해야 합니다.

5. 열처리로의 온도와 메쉬 벨트 속도에 주의하고 배기구를 열어 열처리 후 공작물이 품질 요구 사항을 충족하도록 하십시오.

6. 업무에서는 게시글의 내용을 준수해야 합니다.

7. 필요한 소방 장비를 구성하고 사용 및 유지 관리 방법을 숙지해야 합니다.

8. 기계를 정지시킬 때는 모든 제어 스위치가 꺼짐 상태인지 확인한 후 범용 전환 스위치를 닫아야 합니다.

과열

롤러 부속품 베어링 부품의 거친 입구에서 담금질 후 미세 구조의 과열 현상을 관찰할 수 있습니다. 그러나 정확한 과열 정도를 판단하려면 미세 구조를 관찰해야 합니다. GCr15강의 담금질 조직에 조대한 침상 마르텐사이트가 나타나면 담금질 과열 조직입니다. 이러한 과열 조직이 형성되는 원인은 담금질 가열 온도가 너무 높거나 가열 및 유지 시간이 너무 길어 과열이 발생한 경우일 수 있습니다. 또한, 탄화물 띠 구조가 심각하여 두 띠 사이의 저탄소 영역에서 국부적으로 두꺼운 침상 마르텐사이트가 형성되어 국부적인 과열이 발생한 경우도 있습니다. 과열된 조직에서는 잔류 오스테나이트가 증가하고 치수 안정성이 저하됩니다. 담금질 조직의 과열로 인해 강 결정이 조대화되어 부품의 인성이 저하되고 충격 저항이 감소하며 베어링 수명도 단축됩니다. 심한 과열은 담금질 균열을 유발할 수도 있습니다.

과열

담금질 온도가 낮거나 냉각이 불량하면 미세 구조에 표준 토레나이트 조직보다 더 많은 과열 조직이 생성되어 경도가 떨어지고 내마모성이 급격히 저하되어 롤러 베어링 부품의 수명에 영향을 미칩니다.

담금질 균열

롤러 베어링 부품은 담금질 및 냉각 과정에서 내부 응력으로 인해 담금질 균열이라는 균열이 발생합니다. 이러한 균열의 원인은 다음과 같습니다. 담금질 시 가열 온도가 너무 높거나 냉각 속도가 너무 빨라 열 응력 및 금속 부피 변화가 강재의 파괴 강도보다 커지는 경우; 가공 표면의 원래 결함(표면 균열 또는 긁힘 등)이나 강재 내부의 결함(슬래그, 심각한 비금속 개재물, 백점, 수축 잔류물 등)이 담금질 과정에서 응력 집중을 일으키는 경우; 심한 표면 탈탄 및 탄화물 편석; 담금질 후 템퍼링이 불충분하거나 시기적절하지 않은 경우; 이전 공정(단조 접힘, 깊은 선삭 절삭, 오일 홈의 날카로운 모서리 등)으로 인한 냉간 펀치 응력이 과도한 경우. 요컨대, 담금질 균열의 원인은 위의 요인 중 하나 이상일 수 있으며, 내부 응력의 존재가 담금질 균열 발생의 주요 원인입니다. 담금질 균열은 깊고 가늘며, 파단면이 직선형이고 산화된 색이 나타나지 않습니다. 베어링 칼라에서는 흔히 세로 방향의 평평한 균열이나 고리 모양의 균열로 나타나며, 베어링 강구에서는 S자형, T자형 또는 고리 모양으로 나타납니다. 담금질 균열의 조직적 특징은 균열 양쪽에 탈탄 현상이 나타나지 않는다는 점으로, 단조 균열이나 재료 균열과 명확하게 구분됩니다.

열처리 변형

나치 베어링 부품의 열처리 과정에서는 열응력과 조직응력이 발생하는데, 이러한 내부응력은 서로 중첩되거나 부분적으로 상쇄될 수 있으며, 가열 온도, 가열 속도, 냉각 방식, 냉각 속도, 부품의 형상 및 크기에 따라 변화하기 때문에 복잡하고 가변적입니다. 따라서 열처리 과정에서 변형은 불가피합니다. 이러한 변형 법칙을 이해하고 숙달하면 베어링 부품의 변형(예: 칼라의 타원형 변형, 크기 증가 등)을 제어 가능한 범위 내에 둘 수 있어 생산에 도움이 됩니다. 물론 열처리 과정에서 기계적 충돌로 인해 부품 변형이 발생할 수도 있지만, 이러한 변형을 활용하여 작동성을 개선하고 변형을 줄이거나 방지할 수 있습니다.

표면 탈탄

롤러 부속품 베어링 부품이 열처리 공정에서 산화성 매체에 의해 가열될 경우, 표면이 산화되어 부품 표면의 탄소 질량 분율이 감소하고 표면 탈탄이 발생합니다. 표면 탈탄층의 깊이가 최종 가공 시 허용되는 잔류량보다 깊으면 부품은 폐기됩니다. 표면 탈탄층의 깊이는 금속 조직 검사 및 미세 경도 측정법을 통해 측정할 수 있습니다. 표면층의 미세 경도 분포 곡선은 측정 방법에 따라 얻어지며, 판정 기준으로 활용될 수 있습니다.

부드러운 부분

가열 및 냉각 불량, 담금질 작업의 미흡함으로 인해 롤러 베어링 부품의 표면 경도가 부족해져 담금질 연화점(quenching soft spot)이 발생하는 현상이 나타납니다. 이는 표면 탈탄과 유사하며, 표면 내마모성 및 피로 강도를 심각하게 저하시킬 수 있습니다.