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공학 문제해결/재료*제작

【기계재료】 항온열처리법

(1) 항온열처리법
 : 변태점 이상으로 가열한 재료를 연속적으로 냉각하지 않고 어느 일정한 온도의 염욕 중에 냉각하여 그 온도에서 일정한 시간 동안 유지시킨 뒤 냉각시켜 담금질과 뜨임을 동시에 할 수 있는 방법이다. 이 방법은 온도, 시간, 변태의 3가지 변화를 도표(항온변태곡선)로 표시하여 목적한 조직 및 경도를 얻을 수 있다.

  - 열처리란? 가열*냉각 등의 조작을 적당한 속도로 조절하여 그 재료의 특성을 개량하는 조작으로 온도에 의해서 존재하는 상의 종류나 배합이 변하는 재료에 이용되는 공정이다.

(2) 특징
 - 계단 열처리보다 균열 및 변형이 감소한다.
 - 인성이 좋아진다.
 - 특수강 및 공구강에 좋다.
 - 고속도강의 경우 1,250~1,300℃ 에서 580℃의 염욕에 담금하여 일정시간 유지 후 공랭한다.

(3) 종류

 3-1) 항온변태
  : 오스테나이트 상태에서 A1이하의 항온까지 급랭하고 그대로 항온유지를 했을 때 일어나는 변태
  : 등온 변태. 오스테나이트 상태로 가열한 강을 냉각할 때, 도중의 어떤 온도에서 냉각을 멈추고 그 온도에서 이루어지는 변태. 이 변태에 의하여 생기는 조직을 베이나이트라고 한다.

 3-2) 항온 풀림
  : 풀림온도로 가열한 강재를 펄라이트 변태가 진행되는 온도(6~700℃)까지 열욕 중 냉각시켜 그 온도에서 항온변태시킨 후 공기 중 냉각한 열처리이다.

 3-3) 항온담금질

  *마템퍼링 
  : 마텐자이트 구역 내의 등온처리로 마텐자이트와 베이나이트의 혼합조직을 얻는 방법
  : 오스템퍼에 대응하는 것으로, 오스템퍼가 오스테나이트 구역의 등온처리임에 반해, 마템퍼링은 마텐자이트 구역 내의 등온 처리이다. (1) 오스테화 온도로부터 Ms점 이하의 열욕(100~200℃)으로 담금질하여 (2) 변태가 끝날 때까지 등온 유지한 후에 공랭시킨다. Ms~Mf 사이에서 등온 변태의 개시점은 S곡선 (바르게는 C곡선) 연장 위에 있으며, 상당 시간을 요한다. 이와 같은 처리를 한 강재는 담금질 뜨임으로 한 것보다 강인성이 있고 공업상 유용한 열처리법으로서 장래성이 있다. 과거에는 마퀜치를 마템퍼라 했으나 이것은 미국에서도 잘못된 것으로서 발표가 되어 있다. 현재는 마퀜치(마텐자이트 담금질, 열욕담금질의 일종)와 마템퍼(마텐자이트 시효)와는 확실히 구분되어야 한다.
  - 경도 증가, 충격값 크다, 오랜 시간 항온 유지

  *오스포밍 
  : 오스테나이트구역의 등온처리로서 과냉 오스테나이트 상태에서 소성가공을 하고 이 후에 냉각 중에 마르텐사이트화하는 열처리 방법
  : 과냉 오스테나이트에 deformation을 주게 되므로 오스포밍이라 한다. 1958년 미국 포드사의 Zackay가 발표한 처리이다. 오스포밍은 TMT의 대표적 명칭으로 되고 있다. 오스포밍을 하는 방법은 (1) 오스테나이트화 온도로부터 S곡선의 만까지 열욕 담금질하여, (2) 이 온도에서 소성변형시켜(변형량 약 90%), (3) 상온까지 급랭시킨다. 오스포밍에서는 과냉 오스테나이트가 마텐자이트 이외의 조직으로 변화되는 것을 피해야 한다. 그러므로 담금질성이 좋은 강 종류를 선택하고 소성변형을 부여하는 온도 범위도 정해져 있으며, 이 온도에서 급랭(유냉)시키면 마텐자이트가 생기게 된다. 현재 오스포밍은 초강인 강의 열처리에 적용되고 있다.

  *오스템퍼링 
  : 중간염욕 중 항온변태시켜 베이나이트 조직을 얻기 위한 열처리
  : 강에 점성과 강도를 부여하고, 담금질 균열을 방지하기 위해 오스테나이트 범위에서부터 열욕 속에서 급랭하여 그 온도에서 충분히 변태를 시킨 다음 실온까지 서서히 식히는 조작을 말한다.
  - 뜨임처리가 필요 없다, 강인성 큼, 균열*변형 적음

  *마퀀칭 
  : Ms점 보다 약간 높은 온도에서 염욕 중 항온변태시켜 마텐자이트를 얻기 위한 열처리이다.
  : 일종의 중단 담금질이다. B. F. Shepherd가 1944년에 처음으로 제창한 마템퍼라는 것은 즉, 마퀜칭을 뜻하는 것이며 오스테나이트화 된 강을 (1) Ms점(As''점) 위의 열욕으로 담금질하여 (2) 시료의 안팎이 같은 온도가 될 때까지 등온 유지하여(오스테나이트는 변태 개시하지 않는다.) (3) 꺼내서 공랭시켜 Ar'' 변태가 서서히 일어나게 하는 조작이다. 그러므로 그 이름에 나타나 있는 것과 같은 조작이며 (조작은 마텐자이트), 마퀜칭한 후에 다시 뜨임을 하여 사용하는 것이 보통이다.
  - 경도 감소, 담금지균열 없음, 변형 없음
  - 고탄소강, 합금강, 게이지강, 공구강(고속도강, 베어링강) 등의 열처리



[실제 공기업 기출문제]

Q. 다음은 강의 항온열처리법에 관한 사항들이다. 바르지 않은 것?

① 마퀀칭은 Ms점보다 약간 높은 온도에서 염욕 중 항온변태시켜 마텐자이트를 얻기 위한 열처리이다.
② 오스템퍼링은 과냉 오스테나이트 상태에서 소성가공을 하고 그 후에 냉각 중에 마르텐사이트화하는 열처리 방법이다.
③ 항온변태는 오스테나이트 상태에서 A1이하의 항온까지 급랭시키고 그대로 항온유지를 했을 때 일어나는 변태이다.
④ 항온열처리는 계단열처리보다 균열 및 변형이 감소하고 인성을 좋아지게 한다.



[답] ②번

[참고할만한 다른 사이트(블로그)]



[출처] 공기업 기출문제, 네이버 지식백과, 구글 위키백과, 블로그 등