열처리 결함과 대책(경도불량,표면저하)

경도불량의 원인 및 대책

 

1.냉각속도가 느릴 경우

냉각속도가 강의 경화능에 비해 충분히 못할 경우에는 경도가 잘 나오지 않는다.강은 마르텐사이트조직을 얻을 수 있도록 퀜칭 온도에서 빠르게 냉각하여여야 한다. 어떠한 냉각제를 사용하여야 할 것인가는 재질과 부품의 두께에 달려있다.

냉각제는 원하는 경도를 얻울 수 있는 범위내에서 가장 완만한 냉각제를 사용해야 한다.부품의 단면적이 큰 경우나 탈산이 불출분한 강, 결정립 미새화강에서는 보다 빠른 냉각속도가 요구된다.

 

 

2.퀜칭온도가 낮거나 유지시간이 짧은 경우

조질강 열처리시에 변형을 감소하거나 템퍼링을 생략 혹은 단축하기 위하여 퀜칭온도를 낮추거나 냉각속도를 느리게 하는 경우가 있다. 이러한 열처리는 비록 경도로는 목표치를 얻었다하더라도 잘못된 열처리이다. 이 경우에는 완전조질열처리된 강보다 인장강도, 충격강도, 피로강도값이 매우 낮다.

퀸칭경도는 최도경도(2mm두께의 시편을 소금물에 퀜칭하여 얻을 수 있는 경도)보다 Rockwell C로 10포인트 이상 낮아서는 안된다.

 

공구강에서 특히 크롬공구강(STD류)애서 퀜칭온도가 낮거나 유지시간이 짧을 때는 카바이드용해가 충분히 많아 경도가 나오지 않는다. 이 경우에는 기름이나 소금물에 냉각시키면 경도가 나온다. 그러나 변형이나 균열의 위험성이 따른다.

이러한 변형된 열처리 역시 불량으로 간주한다. 왜냐하면 합금원소를 충분히 이용치 못하였기 때문이다.

 

3.퀜칭온도가 너무 놓을 경우

퀜칭온도가 너무 높을 때는 특히 고합금강인 경우에는 경도불량이 나온다. 원인은 잔류 오스트나이트의 과다 때문이다.

이러한 부품은 심냉 처리(sub-zero)잔류 오스트나이트량을 줄일 수 있다. 재퀜칭도 하나의 해결방인이나 이때는 균열을

줄이기 위하여 어닐링후 실시해야 한다.

 

 

표면경도 저하의 원인 및 대책 1

 

1.탈탄

표면의 탈탄은 원자재 상태에서 기 존재하거나 혹은 열처리시에 발생된다.

열처리시의 탈탄은 탈탄을 방지하기 위한 분위기가 존재치 않을 때, 즉 분위기중 CP가 낮던지 불활성가스를 사용할 경우에도 가스량이 충분히 못하던지 가스중에 H2O가 함유되어 있을 때이다.

 

목탄을 사용하여 탈탄을 방지코자 할 때도 완전히 탈탄을 방지하지는 못한다.

산화성 분위기하에서는 탈탄을 방지할 수 있다. 즉,이 분위기에서는 탈탄보다 산화가 먼저 일어나기 때문이다. 산화층을 

제거하고 나면 탈탄층은 자연히 해결된다.

 

2.잔류 오스트나이트(Retained Austnite)

크롬-니켈 침탄강이나 크롬-망간 침탄강에서 장시간 침탄 퀜칭후 표면에 경도가 제대로 나이조 않는 경우가 있다. 

원인은 잔류 오스트나이트 때문이다. 해결방법은 600~650도로 1시간 내지 2시간 정도 중간 어닐링처리한 다음 낮은 온도에서 재처리하는 것이다. 또한 심냉(sub-zero)처리하여도 잔류 오스테나이트량을 줄일 수 있다.

 

잔류 오스테나이트는 마르텐사이트 생성온도가 실온 근처나 아래에 있을 때 발생된다. 마르텐사이트 생성온도는 기지조직에 고용된 합금원소(특히, 탄소와 질소)에 의해 결정된다. 해결책은 2가지 방법이 있다.

1)심냉처리(sub-zero)에 의해 잔류 오스트나이트를 마르텐사이트로 변태하는 방법

2)기지조직에 과포화된 탄소함량(합금원소)을 줄이기 위하여 A1변태점 이하의 온도에서 1~2시간 가열유지한 후 낮은 

퀜칭온도에서 재처리한다.

 

표면경도 저하의 원인 및 대책 2

 

1.트루스타이트(Troostite)

표면경도 처하는 트루스타이트(Troostite) 조직 때문에 기인한다. 트루스타이트는 퀜칭시에 냉각속도가 느리기 때문에 생성된다. 미고용된 카바이드나 불순물 등은 투루스타이트 생성을 조장하는 핵(nucleation)으로 거동한다. 또한 미고용된 카바이드는 합금원소인 크롬과 결합하여 크롬 카바이드를 형성하기 때문에 경화능을 저하 시킨다.

산소는 카바이드와 비슷하게 합금원소와 결합하여 산화물을 형성하기 때문에 트로스타이트조직은 퀜칭온도를 올리든지

(합금원소 고용증대) 냉각속도를 증가 시키므로서 없앨 수 있다.

 

2.표면부의 산화(특히 크롬강에서)

고크롬강(KSD류)는 염욕에서 담금질시 표면산화가 발생하기 쉽다. 이러한 산화는 시안이 포함되어 있는 염욕이나 환원성염에서도 나타난다. 따라서 표면사놔가 일어나지 않도록 염욕관리에 특별히 신경을 써야 한다.

 

3.연마표면

중연삭시나 냉각이 불충분한 경우에 연마면에서 템퍼링효과가 나타나 경도가 저하된다.

연마면에서 열이 심하게 발생할 경우에는 조직이 다시 한번 변태를 하게 되어 표면 잔류 오스트나이트-마르텐사이트-어닐링조직 순으로 나타나게 된다. 이때에는 체적의 변화가 수반되므로 균열이나 박리가 일어날 수 있다.