강의 열처리 - 심냉처리/항온 열처리

5. 심냉처리(sub zero-treatment)

 

담금질 후 경도 증가, 시효변형 방지하기 위하여 0℃ 이하의 온도로 냉각하면 잔류

오스테나이트를 마텐자이트로 만드는 처리를 심냉처리라 한다. 특히, 스테인리스강에

서의 기계적 성질 개선과 조직 안정화와 게이지강에서의 자연시효 및 경도 증대를 위

해 실시한다.

 

심냉처리의 목적

1. 공구강의 경도 증대 및 성능이 향상되고 강을 강인하게 만든다.

2. 게이지 등 정밀기계부품의 조직을 안정화시키고, 형상 및 치수의 변형을 방지한다.

3. 스테인리스강에서의 기계적 성질을 개선시킨다.

 

6. 항온 열처리(Isothermal Heat Treatment)

 

변태점 이상으로 가열한 강을 보통의 열처리와 같이 연속적으로 냉각하지 않고 염욕

중에 담금질하여 그 온도로 일정한 시간 동안 항온 유지하였다가 냉각하는 열처리를

항온 열처리라 하다. 담금질과 뜨임을 같이할 수 있고, 담금질의 균열을 방지할 수

있어 경도와 인성이 동시에 요구되는 공구강, 합금강의 열처리에 사용된다.

 

(1) 강의 항온냉각변태곡선

강을 오스테나이트 상태에서 A1점 이하의 항온까지 급냉하여 이 온도에 그대로 항

온 유지했을 때 일어나는 변태를 항온변태(isothermaltrans-formation)라 하고, 이 항

온변태 및 조직의 변화를 시간에 대하여 그림으로 나타낸 것을 항온변태곡선(time-

temperatrue transformation ; TTT curve) 또는 그 모양이 S자이므로 S곡선이라고도

한다. 베이나이트(bainite)는 마텐자이트와 트루스타이트의 중간상태의 조직이다.

 

(2) 연속냉각변태곡선

강재를 오스테나이트 상태에서 급냉 또는 서냉 할 때의 냉각곡선을 연속냉각변태

곡선(continuous cooling transformationcurve : CCT curve)이라 한다.

 

(3) 항온 열처리 종류

1. 등온풀림(Isothermal annealing) : 풀림온도로 가열한 강재를 S곡선의 코(nose)

부근의 온도(600~650℃)에서 항온변태시킨 후 공냉한다. 공구강, 특수강, 기타

자경성이 강한 특수강의 풀림에 적합하다.

2. 항온 담금질(Isothermal quenching)

ㄱ. 오스템퍼(austemper) : 오스테나이트 상태에서 Ar'와 Ar"(Ms 점) 변태점 사

이의 온도에서 염욕에 담금질한 후 과냉한 오스테나이트가 변태 완료할 때

까지 항온으로 유지하여 베이나이트를 충분히 석출시킨 후 공냉하는 열처

리로서 베이나이트 조직이 되며 뜨임이 필요 없고 담금질 균열이나 변형이

잘 생기지 않는다.

ㄴ. 마템퍼(martemper) : 담금질 온도로 가열한 강재를 Ms와 Mf점 사이의 열욕

(100~200℃)에 담금질하여 과냉 오스테나이트의 변태가 거의 완료할 때까

지 항온 유지한 후에 꺼내어 공냉하는 열처리로서 마텐자이트와 베이나이

트의 혼합조직이며, 경도와 인성이 크다.

 

 

   [그림 5-0] 오스템퍼                                       [그림 5-3] 마템퍼

 

ㄷ. 마퀜칭(marquenching) : 담금질 온도까지 가열된 강을 Ar"(Ms)점보다 다소

높은 온도의 열욕에 담금질한 후 마텐자이트로 변태를 시켜서 담금질 균열

과 변형을 방지하는 방법으로 복잡하고, 변형이 많은 강재에 적합하다.

ㄹ. MS퀜칭(MS quenching) : 담금질 온도로 가열한 강재를 MS점보다 약간 낮

은 온도의 일욕에 넣어 강의 내외부가 동일 온도로 될 때까지 항온 유지한

후 꺼내어 물 또는 기름 중에 급냉하는 방법이다.

ㅁ. 패턴팅 : 패턴팅은 시간 담금질을 응용한 방법이며 피아노선 등을 냉간가공

할 때 이 방법이 쓰인다. 패턴팅은 재료의 조직을 소르바이트 모양의 펄라

이트 조직으로 만들어 인장강도를 부여하기 위한 것으로서 냉간가공 전에

한다. 고탄소강의 경우에는 900~950℃의 오스테나이트 조직으로 만든 후

400~550℃의 염욕 속에 넣어 담금질한다.

 

3. 항온 뜨임(isothermal tempering) : MS점(약 250℃) 부근의 열욕에 넣어 유지시

킨 후 공냉하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합된 조직을 얻는다. 고속도강

이나 다이스(dies)강 등의 뜨임에 이용되는 방법으로 뜨임온도로부터 항온 유

지시켜 2차 베이나이트가 생기지 않는다.

 

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