【기계제작법】 열처리에서 나타나는 현상들

• 우선 열처리란?
  • [두산백과] 가열*냉각 등의 조작을 적당한 속도로 하여 그 재료의 특성을 개량하는 조작으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 쓰인다. 고온에서 급랭하여 보통이면 일어날 변화를 일부 또는 전부 저지하여 필요한 특성을 내는 담금질, 한 번 담금질한 후 비교적 저온에서 가열하여 담금질로써 저지한 변화를 약간 진행시켜 꼭 알맞은 특성을 가지게 만드는 뜨임, 가열하여 천천히 식힘으로써 금속재료의 뒤틀림을 바로잡거나 상의 변화를 충분히 끝나게 하여 안정상태로 만드는 풀림 등이 있다.
• 청열취성
  • [도해 기계용어사전] 탄소강을 가열하면, 200~300도 부근에서 인장강도나 경도가 상온에서의 값보다 크게 되어 변형이나 수축이 감소하여 여리게 되는 현상. 파란 산화 피막이 표면에 형성되기 때문에 청열취성이라고 불려진다.
  • 250도 정도의 온도에서 연강은 상온에서보다 연신율이 낮아지고 강도와 경도는 높아지지만 부서지기 쉬운 성질을 가지게된다.
• 저온취성
  • [도해 기계용어사전] 탄소강 등에 있어서 저온(상온 부근 또는 그 이하)이 되면 충격치가 현저하게 저하되고 무리게 되는 현상. 특히 저탄소강과 P를 함유한 강에서는 생기기 쉽다. 니켈을 첨가함을써 개선할 수 있다.
  • 재료의 온도가 상온보다 낮아지면 경도나 인장강도는 증가하지만 연신율이나 충격값 등은 감소하여 부서지기 쉽다.
• 상온취성
  • [금속용어사전] 상온에서 충격치가 현저하게 낮고, 취성이 있는 성질. 인을 많이 함유하는 재료에 나타나는 특수한 성질이며, 이것은 인이 펄라이트 속의 시멘타이트를 배척하여 페라이트를 집합시키는 작용을 하므로 강의 입자를 조대화시켜 강의 경도와 강도 및 탄성한계 등을 높이지만, 연성을 두드러지게 저하시켜 그 질을 취성으로 바꾼다. 이 영향은 강을 고온으로 압연 또는 단조할 때는 거의 볼 수 없으나 상온에서는 현저하기 때문에 상온취성이라고 한다.
  • 인(P)이 원인이 되어 충격값 및 인성이 저하되는 현상이다.
• 적열취성
  • [금속용어사전] 강 속에 함유되어 있는 황(S)은 일반적으로 망간(Mn)과 결합되어 황화망간(MnS)이 되어 존재하지만, 황의 함유량이 과잉할 때, 또는 망간의 함유량이 불충분할 때는 황은 철(Fe)과 결합하여 황화철(FeS)이 되어 강 입자의 경계에 망상이 되어 분포한다. 이같은 상태에 있는 황은 해로우며 그 피해는 상온에 있어서는 그다지 현저하지 않으나 적열 상태에서 강을 취약하게 한다. 이때의 취성을 적열취성 또는 고온취성이라고 한다. 따라서 강의 황의 함유량은 가급적 낮은 것이 좋다.
  • 황(S)이 원인이 되어 950도 에서 인성이 저하하는 현상으로 망간(Mn)을 첨가하여 방지할 수 있다.

• 담금질(퀜칭)
• [지식백과] 금속을 고온으로 가열한 다음 기름이나 물 속에 넣어서 급속히 냉각하는 처리로, 주로 금속의 경도를 증가시키니는 것이 목적이다.
• 권가열된 금속을 급랭시켜 경화시킨다. 재료를 고온으로 가열했다가 급랭시켜 재질을 경화시켜 강도와 경도를 증가시키는 방법이다.
• 금속을 가열한 후 물이나 기름에 급속히 냉각시키는 방법
• 장점 : 경도와 강도가 커진다.
• 단점 : 충격에는 약하고 깨지는 성질
• 사용 : 공구강, 재질 조정용 합금강

• 풀림(어닐링)
• [기계공학용어사전] 금속 재료를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 상온으로 냉각시키는 조작. 이 조작은 가공 또는 담금질로 인하여 경화한 재료의 내부 균열을 제거하고, 결정입자를 미세화하여 전연성을 높인다.
• 내부응력의 제거와 경화된 재료의 연화를 위해 가열 후 서냉하는 방법이다.
• 가공한 금속을 노안에서 서서히 냉각시키는 방법으로 목적은 소성가공, 즉 힘에 의해 만들어진 제품의 잔유응력을 제거하고 결정조직의 조정, 재질의 연화, 가공성의 개선을 목적으로 한다.

• 불림(노멀라이징)
• [두산백과] 강을 표준상태로 만들기 위한 열처리로 강을 단련한 후, 오스테나이트의 단상이 되는 온도범위에서 가열하여 대기 속에 방치하여 자연냉각 한다. 이것의 목적은 주조 또는 과열 조직을 미세화 하고, 냉간가공*단조 등에 의한 내부응력을 제거하며, 결정조직, 기계적*물리적 성질 등을 표준화시키는데 있다.
• 일정온도로 가열 후 공냉하여 재질을 표준화시킨다. A2 변태점보다 30~50도 높게 가열한 후 공기 중에서 급냉시키는 방법이다.
• 금속을 가열한 후 공기 중에서 서서히 냉각시키는 방법으로 금속을 표준조직으로 만들어 기계적 성질을 개선, 풀림보다 경도, 강도가 우수하고 불림처리를 한 후에 풀림처리를 한다.

• 뜨임(템퍼링)
• [두산백과] 강철을 담금질하면 경도는 커지나 메지기 쉬우므로 이를 적당한 온도로 재가열했다가 공기 속에서 냉각, 조직을 연화*안정시켜 내부 응력을 없애는 조작인데 소려라고도 한다. 강철을 담금질한 후, 온도가 내려감에 따라 일어날 변화를 급랭함으로써 일부 또는 전부를 저지하고, 다시 비교적 낮은 온도로 적당한 시간 가열하여 저지해 놓은 변화를 임의의 상태까지 진행시키는 일을 말한다.
• 적당한 온도로 가열한 후 적절한 속도로 냉각하여 취성을 없애고 인성을 부여한다. 담금질 후 인성을 개선시키고 내부응력을 제거하기 위해 A1 변태점 이하로 재가열하여 냉각하는 방법이다.
• 담금질한 재료는 경도는 좋으나 인성이 부족하여 깨지므로 인성을 증가시키기 위한 방법으로 담금질한 금속을 재가열한 후 공기 중에서 서서히 냉각시키는 방법이다.
• 장점 : 충격에 강한 인성

• 심냉처리
  • [기계공학용어사전] 넓은 뜻으로는 0도 이하의 온도에서의 뜨임 열처리를 말한다. 고탄소강이나 고합금강에 있어서는 일반적으로 실온에서 담금질한 상태로는 오스테나이트 조직이 잔류한다. 그래서 다시 -80도 정도로 냉각하면 조직 전체가 마텐자이트 조직으로 변화한다. 이 상태에서 다시 실온으로 회복시킨 다음 저온 뜨임을 하여 베타 마텐자이트 조직으로 만든다. 이 처리를 서브 제로 처리라고도 한다.
  • [금속용어사전] 0도 보다 낮은 온도로 처리하는 것을 심냉처리라고 한다. 영하처리, 서브제로 처리, 냉동 처리, 칠(chill) 처리는 모두 같은 뜻이다. 목적은 (1) 담금질한 조직의 안정화 (2) 게이지강 등의 자연시효 (3) 공구강의 경도 증가와 성능 향상 (4) 수축 끼워맞춤 등이 있다. 
  • 담금질 후 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화하기 위하여 0도 이하로 처리하는 것이다.

[공기업 실제 기출문제_1]

Q. 다음 중 열처리와 관련된 사항으로서 바르지 않은 것을 고르시오.

① 뜨임, 소려, 템퍼링은 서로 같은 뜻이다.

② 풀림, 소둔, 어닐링은 서로 같은 뜻이다.

③ 청열취성은 250도 정도의 온도에서 발생한다.

④ 적열취성은 고온에서 인성이 저하되는 현상이다.

⑤ 저온취성이 발생하면 경도나 인장강도가 감소한다.

[답] ⑤번

[공기업 실제 기출문제_2]

Q. 가공한 금속을 노 안에서 서서히 냉각시켜 재질을 연화시키는 열처리 방법은 무엇인가?

① 불림

② 풀림

③ 담금질

④ 뜨임

[답] ②번 풀림

[출처] 공기업 기출문제, 네이버 등