열처리기술 열처리 작업

소둔(ANNEALING) 및 소준(NORMALIZING)

일정한 온도로 가열 유지한 다음 느린 속도로 냉각하는 작업을 소둔(ANNELING) 이라고 하고 조직으로는 경도가 낮은 상태나 응력이 없는 상태의 조직을 만드는 작업을 말한다 이때문에 경화 능이 낮은 강종과 자경성이 있는 강종은 같은 소둔 작업이라도 그 냉각 속도의 차이는 엄청나게 다르다. 약간 냉각 속도가 빠른 공기  냉각을 해 주면 이것을 소준(NORMAIZING) 이라고 부르며 이또한 조직적으로 파악할 경우는 경화가 일어나지 않는 미세 퍼라이트 상태의  조직을 얻을  수 있는 냉각속도를 말하므로 자경강의 경우는 보다 느린 냉각 속도가 요구된다. 따라서 소준은 소둔의 일종이라고 할수 있다.

 

#소둔(ANNEALING) 의 목적

1.기계적 성질 또는 물리적 성질을 변화시킨다.

2.일정한 요구 금속 현미경 조직을 만든다.

3.GAS 또는 다른 불순물의 방출 또는 확산을 일으키게 한다.

4.응력을 제거하고 안정한 조직을 만든다.

일반적으로 소둔(ANNEALING)을 하면 강재의 경도는 낮아져 연하게 되고 내부응력(INTERNAL STRESS)은 완전히 또는 일부분 제거된다.

 

-완전소둔(FULL  ANNEALING)

일반적으로 소둔(ANNEALING)이라고 하면 완전 소둔 (FULL ANNEALING)을 말한다. 이 작업은 강재를 AC3 (아공석강의 경우) 및 AC1 (과공석강의  경우) 이상의 고온도로 적당한 시간 가열한 후에로(FURNACE)내, 또는 재(ASH) 속에서 서냉하여 강재를 연화시켜 기계가공 또는 소성가공을 쉽게 하도록 처리하는 작업을 말한다. 이 작업에 의하여 아공정강에 있어서는 층상 퍼라이트와 페라이트의 혼합 조직을 얻을 수 있다. 서냉의 결과 가공방향으로 퍼라이트와 페라이트가 층상을 형성할 경우가 있는데, 이는 제강 당조등의 전공정에서 만들어진 현상으로 BEND STRUCTURE라 하여 여러가지 나쁜 영향을 미친다. 중탄소강에서는 FERRITE와 PEARLITE의 조대한 혼합조직으로 되어 있을 때 기계가공이 가장 쉬우며, 저탄소강에서는 너무 연하면 기계가공시, 절삭가공면이 깨끗하지 않게 된다. 또한 고탄소강에서는 세멘타이트의 망상조직을 구상화하지 않으면 연화(SOFTENING)의 목적을 달성할 수가 없다. 따라서 저탄소강과 고탄소강에 있어서는 완전소둔에 의하여 기계가공성을 향상시키기 위한 열처리의 목적을 달성할 수가 없다.

 

완전소둔에 있어 지켜야 할 점은 충분한  가열시간(실제품의 열처리곡선 기준으로 일정하게 관리 하여야 한다.  이는 강재의 크기, 형상, 열전도도 등의 성질에 의하여 영향을 받을 뿐만 아니라 가열로의 구조 및 강재의 배치 등에 의해서도 달라지기 때문에 로의 온도만으로 판단하면 착오가 생길 경우도 있다.

 

-연화 소둔

아공석강(HYPOEUTECTOID STEEL)은 완전 소둔을 하면 연하게 되어 가공하기는 쉬우나 극저탄소강의  경우에는 완전 소둔을 하여 연화시키면 오히려 기계 가공면이 깨끗하지 않기 때문에 다음에 설명 할 소준 처리를 하는 것이 더 좋을  때가 많다.

 

고탄소강은 완전 구상화 소둔을 하여도 어느 정도의 세멘타이트는 오스테나이트에 고용되어 기지조직을 강화시키므로 기계 가공성을 나쁘게 한다. 탄소공구강과 합금공구강의 합금원소(ALLOYING ELEMENT)를 품은 판상탄화물을 구상화

(SPHEROIDIZING) 시키기 위해 변태점  부근을 가열 냉각한 후 서냉하고 있는 경우가 있으나 이는 불필요한 작업이다.

 

연화 소둔의 특징은 AC1점 보다 조금 높은 온도로부터 약650도까지의 구역을 서냉하는  것이다. 이 때 냉각이 시작되는 온도는 탄소%에 따라서 달라지며 0.85% 이하의 탄소강에서는 730도 이하, 이것보다 탄소량이 증가하면 냉각개시온도는 높게하고, 1.2% C 탄소강일 떄는 750도 정도에서 서냉한다. AC1 구역의 냉각속도는 탄소강에 있어서도 30도/hr 이하로 유지할 필요가 있으며 합금강에 있어서는 더 작게 해주어야한다. 

 

연화 소둔을 할 때에 가장 주의해야 할 것은 표면의 탈탄이다. 보통 공구강 등은 무산화분위기 소둔이나 주철 가루 또는 숯과 함께 상자에 밀봉 소둔하는 소위  상자 소둔을 한다.

 

합금공구강 또는 Ni, Cr, Mo이 많은 강을 소둔 할 때의 냉각은 로 안에서 온도 강하의 속도를 조절할 필요가 있으므로 대단히 긴 시간이 소요 된다. 이것을 피하기 위하여 고온으로 부터 즉시 AC1점 직하의 온도에 유지해 둔 다른 로 속으로 이동시키거나 또는 그래도 냉각하여 AC1직하에 유지하여 변태를 완료 시킨다.

 

연화 소둔으로는 보통 다음 두 가지가 많이 적용된다.

1.저온소둔(PROCESS ANNELING)은 구상화 소둔이 되어 있는 소재가  소성 가공에 의해 경화되어 후속 소성 가공이 어렵고 또한 기계 가공도 어려운 경우에 신속한 연화처리를 위해 많이 이용한다. 이 경우는 변태점보다 약100도 정도 낮은 온도에 가열하고 10분 이내로 유지한 후 수증급냉을 한다. 수냉 하여도 연화하기 때믄에 이를 물소둔(WATER ANNEALING)

이라고 부르기도한다. 물론 수증 급냉 때문에 연화하는 것은 아니고, 변태점 직하에서 가열하기 때문에 연화하는 것이다. 따라서 수냉하지 않고 공냉해도 연화하며 이를 공기 소둔이라고 부르기도 한다.

2.공기 소돈은 상온에서 가공했을 때 일어나는 내부응력을 제거하고 연화시키거나 또는 소입에 의한 변형을 작게 하기 위한 전처리로 이용하는 연화 소둔이다. 가열 온도는 400~600도가 적당하며 온도가 높을수록 연화되는 정도가 크다.

일반적으로 내부응력는 450도 정도 부터 제거 효과가 나타나기 시작한다.