열처리 불량과 대책

-침탄강의 변형의 정의

 

1.열처리 변형의 정의

열처리 변형에는 체적변화화 모양 변화의 2종류가 있다.체적변화라는 것은 퀜칭으로 인한 팽창 및 수축에 의해 변하는 것으로 늘어나고, 줄어들고, 굵어지고, 가늘어지는 것을 말한다.

모양변화(변형)란 부품자체의 무게에 의한 늘어남이나, 응력에 의한 모양의 뒤틀림을 말하며, 반대방향으로 휘거나 구부러지거나 또는 비틀어지는 것을 말한다.

물론 체적이 변하면 모양도 변하기 때문에 체적변화와 모양변화가 중복되어 나타난다. 이처럼 열처리 변형이라는 것은 이 두가지가 합쳐져서 나타나는 경우가 대부분이므로 이 것을 금속학적으로 "열처리 변형은 열처리된 부품에서 생기는 응력의 합이 0으로 되는 상태"라고 할 수 있다. 즉 열처리변형은 1 가열중(내부응력의 제거에 기인됨) 2 유지 중 (자중에 의한 쳐짐) 3 냉각중(불균일 냉각이나 변태에 기인함)의 3단계로 분류할 수 있으며, 이것이 중복되어 최종적인 변형으로 나타나는 것이다.

 

 

-열처리 변형의 원인

 

체적변화의 원인은 조직의 변화 즉 변태 때문에 일어나는 팽창과 수축에 의한 것이라고 생각할 수 있다.퀜칭하여 마르텐사이트가 생성되면 금속은 팽창(약 4.3%)하고 잔류 오스테나이트량이 만하지면 그만큼 수축한다.

또 템퍼링을 하면 일반적으로 수축하지만 2차 경화를 나타내는 합금애서는 팽창하며, 심냉처리를 해도 역시 잔류오스테나이트가 마르텐사이트화하기 때문에 그만큼 체척 변화량도 크게된다.

모양변화의 원인은 내부응력 또는 외부에서 가해진 힘 때문이다. 내부응력의 제거 및 온도분포의 불균일과 변태에 의한 것이고 잔류응력도 하나의 원인이 된다.

외부 힘에 의한 모양의 변화는 주로 부품 자체의 무게에 의해 늘어나는 것이며 특별한 경우로는 가열된 강을 부딪치던가, 또는 금속집계로 세게 집는다든지 하였을 때 생긴 변화 등이 있을 수 있다.

체적변화는 주로 조직 변화 때문에 생기는 것이므로, 일정한 팽창 또는 수축의 형태로 나타나지만 부품에 구멍이 생겼다든지, 형상이 복잡한 경우, 장입방법이 불안정한 경우에는 여기에 모양변화가 더 가해진다.

 

 

변형을 방지하기 위한 방법으로는 다음과 같은 방법이 있으나 완전한 처리는 불가능 하다.

체적변화는 퀜칭 또는 템퍼링처리에 의한 조직변태에 수반하여 반드시 일어나는 현상으로 체적변화 그 자체를 없앨 수는 없다.그러나 감소시킬 수 있는 방법은 다음고 같다.

1.팽창은 마르텐사이트, 수축은 오스테나이트 때문에 생기는 것이므로 마르텐사이트와 마르텐사이트에 고용되어 있는 탄소량을 줄인다.

2.미고용탄화물(잔류 탄화물)의 양을 많게 한다.

3.템퍼링처리를 실시한다.

 

 

-침탄강의 균열

 

일반적으로 처리물의  두께가 가늘거나 아주 굵은 것은 거의 열균열이 발생하지 않는다.

열균열이 발생되는 크기는 탄소강의 경우 환봉일 때는 대략 20~25mm직경이고, 판형일 경우 14~18mm두께정도 이다.

한편 합금강일 경우에는 열균열이 발생하는 크기도 달라진다. 즉 탄소강에 비해 크기나 두께가 큰 부품에서도 열균열이

잘 생기지 않는다. 가늘고 작은 처리물은 중심부까지 열이 잘 전달되어 표면과 처리물의 경우에는 열이 내부까지 전달되기가 어렵기 때문에 균열을 피하기가 어렵게 된다. 열균열은 열이 내부로 들어가 중심부까지 전달되어 표면과 중심부가 마르텐사이트화되는 시간의 차이가 생길 때 나타나는 것이다. 보통 수냉에 의해 50%마르텐사이트로 되는 직경을 임계직경이라 하며 이 수냉에 의한 임계직경을 열균열의 크기라고 생각하면 된다.

50% 마르텐 사이트의 경도는 구조용합금강인 경우 특수한 원소에 관계없이 탄소의 함량에만 영향을 받는다. 

열균열은 강에 함유되어 있는 탄소의 량과 밀접한 관계가 있다. 일반적으로 탄서ㅗ의 함유량이 높으면 그만큼 열균열이 발생하기 쉽다. 열균열은 처리품의 내부로 열이 들어감으로 인해 발생하기 때문이다. 즉 열균열은 마르텐사이트 변태점인

MS점과 크게 관계가 있다. 탄소량이 많게 되는 만큼 Ms점이 낮아져 열균열이 생기기 쉬운 것이다.열균열은 0.4%C 이상,

MS,점 330도 이하의 강에서 많이 생긴다.

다시 말해서 탄소가 0.4% 이하, MS 점이 330 도 이상이 되면 열균열의 발생 가능성이 낮아진다. 따라서 열균열이 발생하지

않게 하기 위해서는 0.4%C 이하를 함유하는 강을 사용하면 된다. 경화능이 좋은 강은 MS 점이 낮이 때문에 열균열이 생기기 쉬운 점이 있다.

 

 

또한 열균열은 과열에 의해서도 발생한다. 과열이라고 하는 것은 적정의 경화 온도보다 100도 이상 높은 온도로 가열해 주는 것으로서 이렇게 되면 오스테나이트 결정립이 조대화되고, 이 것은 퀜칭에 의해 조대한 마르텐사이트로 된다.

결국 조대화된 마르텐사이트 조직 내에 균열이 발생하게 되고, 이 균열이 열균열로 발전하게 되는 것이다. 이러한 경우는 

인상퀜칭이나 마르퀜칭을 실시해도 균열을 방지할 수 없게 된다. 따라서  과열은 열균열의 중요한 제공자인 것이다.

흔히 온도 측정용 계기를 이용하면 과열의 염려가 없다고 하지만 계기의 지시 온도는 열전대의 끝부분 온도이므로  이것이

가리키는 온도를 절대적으로 신뢰할 수는 없다.

또 열전대의 설치시에도 오차를 줄일 수 잇는 방법을 항상 염두에 두어야 한다.실험실 작업시에는 열균열이 생기지 않더라도 열처리 현장에서는 열균열이 흔히 일어나고 있다. 이것은 로내의 온도 분포가 고르지 않으므로 부분적 혹은 전체적으로 과열될 기회가 많기 때문이다. 열균열은 가열로의 형식과도 관계가 있다.