열처리 개요

-열처리 개요

열처리라 하면 최근 산업 전반에 사용 되어 지지 않는 분야가 거의 없다.

금속은 말할 것도 없고, 섬유, 식료품, 음료, 가전제품 등 각 방면에 광범위 하게 이용되고 있다.

그 중에서도 금속 분야에 있어서는 절대적으로 필요한 기술이다. 일반적으로 "열처리"라 하면 고체상태의 금속에 가열과 냉각의 조작을 실시하여 필요로 하는 기계적 성질을 얻는 조작을 말한다. 따라서 제강 과정 중에서 합금원소나 제조공법상의 차이로 인해 얻어지는 일정부분의 기계적 상질이 있지만, 공업적으로 기준에 맞게 사용키 위해서는 반드시 열처리라는 

과정을 거쳐야 한다.

-열처리의 종류

일반적으로 "열처리 한다"고 하면 강도를 높이고, 강도를 증가시키는 퀜칭을 의미하지만, 열처리는 크게 나누어 퀜칭, 템퍼링, 어닐링, 노멀라이징의 4가지가 있다.

일반열처리 : 퀜칭, 템퍼링, 어닐링, 노멀라이징이 있다.

표면열처리 : 침탄, 질화, 침탄질화, 침붕, 고주파경화, 화염경화가 있다.

특수열처리 : 광휘열처리, 진공열처리, 이온열처리, 전해열처리, 심냉처리(sub-zero), 파텐팅처리 등이 있다.

기계 공업이 발전함에 따라 강에 대한 요구도 다양해지고 여기에 따라서 열처리 방법도 여러가지로 발전해 오고 있다. 

결과적으로 사용 용도에 맞는 강재가 개발되어지고, 이에 대응하기 위하여 열처리 방법도 복잡,다양해지고 있다.

-열처리의 규칙

모든 일에는 규칙이 있다. 열처리도 마찬가지이다.

열처리라고 하는 것은 "가열했다가 냉각한다"는 것을 기본으로 하고 있지만 열처리의 목적에 따라서 2회, 3회 또는 수회 반복 시행을 하여야 하 때도 있다. 

또한 가열이란 일정한 온도 이상에서 일정시간 유지를 의미하며, 냉각이란 로냉, 공냉, 유냉, 수냉 등 냉각속도를 의미한다.

이러한 관계를 규칙(방법)이라고 할수 있다.

 

열처리의 규칙은 크게 2가지로 표현할 수 있다.

첫째로는 가열온도에 대한 것으로 어닐링, 노멀라이징, 퀜칭 등에도 일정 온도 이상으로 가열하여야 한다.

이 온도를 변태점이라 하며, 조업온도는 이 변태점 보다 30-50도 높게 실시한다.

A1 변태점은 강종에 따라 다르나 대략 727도 정도 이다.

물론 이 온도에서 100% 변태가 이루어 지는 것은 아니다.

즉 탄소함유량에 따라 변태점이 달라지는 요인이 크지만, 변태는 일순간이 아닌 서서히 진행되기 때문에 부분적으로 이루어 진다. 여기서 변태(Transformation)란 금속의 조직이 변하는 것으로, 조직은 물론 금속의 성질이 완전히 바뀌어 진다.

열처리란 금속을 변태시켜 새로 생성된 금속의 조직과 성질을 이용하는 것이다.

열처리에서는 반드시 변태가 수반되어야 하는 것이다.

변태란 온도의 변화에 따라 고체에서 액체, 액체어서 기체로 변화한다. 이와 같이 상의 변화(결정격자의 변화) 및 자기 변화 등을 총징하는 것이다.

금속은 온도에 따라서 원자배열이 변화한다. 이와 같이 같은 물질이지만 결정격자가 변화하는 물체를 동소체라고 하며, 

1개의 동소체에서 다른 동소체로 변화하는 것을 변태 중의 한가지인 동소변태라 한다.

 

둘째는 냉각에 대한 것으로 냉각속도를 준수하는 것이다. 즉 온도 범위에서 따라 필요한 속도로 냉각하는 것을 말한다.

강을 강하고 경하게 할 경우(퀜칭)에는 될 수 있는 한 냉각속도를 빠르게 해주고, 연화를 목적으로 할 경우(어닐링)에는 

냉각속도를 느리게 해준다.

 

강재의 변태에 대해서 알아보자.

A0변태란 온도는 270도이고 자기변태(시멘타이트)이고 강에 사용된다.

A1변태란 온도는 727도이고 공석변태(오스테나이트->퍼얼라이트)이고 강에 사용된다.

A2변태란 온도는 770도이고 자기변태(알파철에서 베타철)이고 철,강에 사용된다.

A3변태란 온도는 912도이고 동소변태(알파철에서 베타철)이고 철,강에 사용된다.

A4변태란 온도는 1394도이고 동소변태(라우철에서 세타철)이고 철 강에 사용된다.

 

열처리 종류에 따른 냉각방법과 규칙은 다음과 같다.

어닐링 : 속도는 천천히(로냉)이고 온도범위는 550도까지는 아주 천천히고, 그 이하온도는 공냉도 가능하다.

노멀라이징 : 속도는 약간 빠르게(공냉)고 온도범위는 550도까지는 공냉(대기중), 그 이하온도는 무관하다.

퀜징 : 속도는 빠르게(수냉, 유냉)고 온도범위는 550도까지는 빨리, 250도까지는 천천히 이다.

템퍼링 : 속도는 천천히이고 온도범위는 변태점 이하이다.