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조질 처리(Quenching and Tempering)의 요점
강의 열처리에는 담금질, 뜨임, 노멀라이징(Normalizing), 어닐링(Annealing) 등 여러 종류가 있으나 이중에서 조질 처리가 열처리의 핵심이라 할 수 있다. 이 문서는 강재의 조질 처리시 간과하기 쉬운 것 중 실무적으로 필요한 사항들을 정리해 본다.
1) 탄소강과 합금강은 어떻게 다른가?
합금강은 합금원소가 포함되어 있어 열처리 없이도 사용할 수 있다는 생각은 틀린 생각이다. 일반구조용강이나 용접구조용강과 같이 열처리하지 않고 사용함을 원칙으로 하는 강과는 달리 탄소강, 합금강은 열처리하여 사용한다. Mn, Ni, Cr, Mo 등의 합금 원소가 첨가된 강은 열처리에 의해 그 특성이 비로서 발휘되며 탄소강으로 열처리시 목적하는 경도를 얻지 못했을 때 합금강으로 무조건 바꾸는 것도 바람직하지 못하며 제품의 크기와 요구 물성치를 고려해야 한다.
2) 합금강이 탄소강보다 인장강도가 큰가?
철강 핸드북에서는 확실히 탄소강보다 합금강이 일반적으로 강도가 크다고 나와 있다. 그러므로 그렇게 생각하는 것도 무리는 아니다. 그러나 강도가 큰 것은 재질 때문이 아니고 경도값이 다르기 때문이다. 조질후의 경도를 같게 하여 비교하면 합금강도 고탄소강도 강도는 거의 같다. 즉 강도는 재질로써 결정되는 것이 아니고 경도 및 조직으로서 결정된다는 사실이다.
3) 합금강이 탄소강보다 담금질 경도가 큰가?
담금질 경도는 강의 C%에만 의존하는 것으로 C%가 많은 쪽이 경도가 크게 경화된다. 담금질로 최대의 경도를 얻는 상한치는 대략 0.6 C% 정도가 된다. Mn. Cr, Ni, Mo등의 합금원소는 주로 경화 심도를 깊게 하기 위해 첨가하는 것이다. 경화심도를 크게하는 성질을 경화능이라 한다. 따라서 SCM435가 SM45C보다 경화능은 크지만 최대 경도는 작다.
4) 경도가 크면 취약하고 연성이 크면 인성도 크게 되는가?
이것은 틀리는 말이다. 경도가 크면 취약해지지만 그렇다고 해서 연한 것이 곧 인성이 큰 것은 아니다. 재료가 연해지면 인성은 크게 되나 인성이 반드시 증가하지는 않는다. 인성은 조질 처리를 할 때 얻어지는 성질이다. 인장시험에서는 연성을 알고 충격시험에서는 취성을 아는 것이다.
5) 같은 재질이면 재료의 크기에 관계없이 같게 경화되는가?
그렇지 않다. 담금질 경화는 부품이 클수록 나빠진다. 이와 같은 것을 질량 효과(Mass Effect)라 한다. 어느 크기 이상이 되면 표면에서는 경화가 되지만 내부에서는 냉각속도가 늦어져서 경화가 되지 못하고 만다. 이와 같이 경화가 나빠지는 정도를 좌우하는 것은 각각의 강의 경화능으로서 경화능이 나쁜 S-C재는 경화능이 좋은 SCM재보다 질량효과가 크다라고 표현된다.
6) SM40C에서도 직경이 25mm라면 중심까지 경화되어지는가?
공구용 탄소강의 조성에 가까운 SM55C라면 그렇게 말할 수도 있으나 SM40C정도의 C%에서는 직경 25mm의 중심부 경도는 HRc30 정도가 된다. 일반적으로 탄소강은 표면으로 부터 수mm밖에 경화되지 않는다.
7) 도면상 지정하는 각종 규격에 명시된 값으로 정해도 좋은가?
설계자들 중에는 소요강도에서 일단 재질을 정하면 그 재질에 대응하는 규격의 경도를 그대로 설계도면에 기재하는 경우가 있다. 이것은 큰 잘못이다. 규격에 써있는 강도나 경도는 그 재질의 특성이 아니라 직경 25mm의 공시재를 조질 처리할 때의 값(탄소강의 경우)으로 그 재질 고유의 값은 아니며 열처리 방법에 따라 변동하는 값이다.
8) 담금질한 재료의 강은 가장 경하고 가장 강한가?
일반적으로 강의 경도와 강도는 비례관계가 있어 경하면 강하다고 본다. 그러나 담금질한 그대로의 강은 경도는 크지만 그에 비해서 취약하다(취성이 크다). 또한 담금질한 채 방치한 강의 경도는 높지만 인장강도가 낮으며 이는 담금질에 의한 잔류 응력이 존재하기 때문인 것으로 알려지고 있으며 템퍼링 온도가 200℃ 이상이 되면 잔류 응력의 50%이상이 제거되기 때문에 경도와 강도의 비례 관계가 이루어 진다. 따라서 담금질한 후 반드시 200℃이상으로 템퍼링을 해 주어야 한다.
(9) 탄성률 값은 담금질에 의해 커지는가?
(10) 강은 급가열하면 균열이 생기는가? (13) 담금질 온도란 담금질액에 투입하는 온도인가? '▶ 공작기술자료[0]' 카테고리의 다른 글
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조질 처리(Quenching and Tempering)의 요점
2014. 6. 25. 20:50