강의 열처리 - 담글질

5-1 강의 열처리

 

1 . 담금질(quenching)

담금질은 강을 강도 및 경도를 증가시킬 목적으로 아공석강인 경우 A3+50℃, 공석강

과 과공석강인 경우는 A1+50℃로 높은 온도로 일정 시간 가열한 후 물 또는 기름과

같은 담금질제 중에서 급냉시키는 조작이다. 즉 오스테나이트 조직에서 급냉함에 따

라 강의 변태를 정지시키고 마텐자이트 조직을 얻는 방법이다.

 

 

[그림5-1] 탄소강의 담금질 온도

 

(1) 담금질 조직

 

1. 오스테나이트(austenite)

ㄱ. 냉각속도가 지나치게 빠르고, 고탄소강을 수냉하였을 때 나타나는 조직이다.

ㄴ. 탄소강에서는 상온에서 불안정하여 가열하면 분해되어 마텐자이트로 변한다.

ㄷ. 비자성체이며, 전기저항이 크고 경도는 낮으며 인장강도에 비하여 연신율

이 크다.

ㄹ. 점성과 내식성이 크고 절삭성이 나쁘다.

2. 소르바이트(sorbite)

ㄱ. 트루스타이트보다 냉각속도를 공냉으로 느리게 하면 나타나는 조직이다.

ㄴ. 경도와 강도는 마텐자이트와 펄라이트의 중간 정도이다.

ㄷ. 큰 강재를 기름에 냉각하거나 작은 강재를 공기 중에서 냉각할 때 나타난다.

ㄹ. 강도와 경도가 트루스타이트보다 작다.

ㅁ. 인성과 탄성을 동시에 요하는 스프링, 와이어로프, 피아노선 등에 많이 이

용된다.

ㄹ. 가공경화가 가장 적은 조직이다.

3. 트루스타이트(troostite)

ㄱ. 마텐자이트보다 냉각속도를 조금 유냉으로 느리게 하였을 때 나타난다.

ㄴ. 냉각이 불충분하면 오스테나이트 조직이 페라이트와 시멘타이트로 변한 조

직이다.

ㄷ. 인성과 연성이 있는 큰 경도와 약간의 충격값을 요구하는 곳에 쓰인다.

ㄹ. 큰 강재를 수중에 담금질할 경우 재료 중앙부분에 잘 나타난다.

4. 마텐자이트(martensite)

ㄱ. 강을 물에 급냉시켰을 때 나타나는 침상조적으로 과포화한 상태로 고용된

a철의 조직이 된다.

ㄴ. 부식 저항이 크고, 인장강도 및 경도는 가장 크나 취성이 있다.

ㄷ. 강자성체이며 여린 성질이 있고 연성이 작다.

ㄹ. 마텐자이트가 시작하는 온도를 Ms점, 끝나는 온도를 Mf점이라 한다.

ㅁ. 급냉이 너무 빠르면 오스테나이트의 일부가 남는다.

 

이상 네 가지 조직이 담금질 조직이라 하는 것인데 이 조직들의 경한 순으로 나열

하면 다음과 같다.

시멘타이트(HB850) > 마텐자이트(HE650) > 트루스타이트(HB430) > 소르바이트

(HB270) > 펄라이트(HB200) > 오스테나이트(HB130) > 페라이트(HB100)

냉각속도가 클수록 오른쪽 조직이 얻어지며, 경도는 이 순서대로 높아지며 냉각 방

법 다음과 같다.

·급냉 : 소금물, 물, 기름에서 급속히 냉각

·노냉 : 노 내에서 서서히 냉각

·공냉 : 공기 중에서 자연냉각

·항온냉각 : 급냉 후 일정 온도 유지한 다음 냉각

 

(2) 담금질 액과 담금질 온도

 

담금질 효과는 냉각속도에 영향을 받게 되며 냉각제와 밀접한 관계가 있다. 냉각

능이 큰 것은 소금물(식염수 : l0%의 NaCI), NaOH용액, 황산액 등이 있고, 물보다

냉각능이 적은 것은 각종 기름이나 비눗물 등이 있다. 대체로 냉각제의 냉각능력

은 교반할수륵 커진다.

 

(3) 담금질 균열과 그 방지책

 

재료를 경화하기 위하여 급냉하면 재료 내외의 온도차에 의한 열응력과 변태응력

으로 인하여 내부변형도는 균열이 일어나는데 이와 같이 갈라진 금을 담금질 균

열(quenching crack)이라 하며, 그 방지책은 다음과 같다.

1. 급격한 냉각을 피하고 무리 없이 일정한 속도로 냉각한다.

2. 가능한 한 수냉을 피하고 유냉을 하여야 한다.

3. 담금질 후 즉시 뜨임처리한다.

4. 부분적인 온도차를 적게 하기 위하여 부분 단면을 적게 한다.

5. 재료면의 스케일을 완전 제거하여 담금질 액이 잘 접촉하게 한다.

6. 설계시 부품에 될 수 있는 대로 직각부분을 적게 한다.

7. 유냉을 해서 충분한 담금질 효과를 가져올 수 있는 특수원소가 포함되어 있는

재료를 선택한다.

8. 구멍이 있는 부분은 점토, 석면으로 메운다.

9. 탄소 함유량이 0.5% 이상의 강은 담금질 후 오랜 시간의 뜨임처리나 심냉처리

(서브제로)를 한다.

 

(4) 질량효과(mess effect)

재료를 담금질할 때 질량이 작은 재료는 내·외부에 온도차가 없으나 질량이 큰 재

료는 열의 전도에 시간이 길게 소요되어 내·외부에 온도차가 생겨 외부는 경화되

어도 내부는 경화되지 않는 현상이다. 질량이 큰 재료일수록 질량효과가 크며 담

금질 효과가 감소한다.

 

 

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