열처리는 특정 금속의 기계적 특성을 변경하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 주어진 환경이나 응용 분야의 요구 사항에 금속을 적용하는 가장 좋은 방법 중 하나는 화학적 구성을 크게 변경하지 않고 강도, 인성 및 경도를 수정할 수 있는 것입니다. 금속은 다양한 방법으로 열처리할 수 있지만 담금질은 가장 널리 사용되는 기술 중 하나입니다.
담금질이란 무엇입니까?
담금질은 부품을 필요한 온도로 가열하고 빠르게 냉각시키기 위해 담금질 매체에 담그는 것을 포함하는 많은 열처리 공정의 한 단계입니다. 다른 열처리 공정은 종종 원하는 결과를 얻기 위해 시효, 템퍼링 또는 어닐링과 같은 담금질을 따릅니다. 금속을 급속 냉각함으로써 강철 내에서 다양한 미세 구조가 형성되는 것을 방지하거나 촉진하여 의도한 용도에 필요한 특성을 얻을 수 있습니다.
다양한 유형의 결정질 미세구조에는 다음이 포함됩니다.
· 오스테나이트: 금속 가공 시 철을 가열하면 오스테나이트가 생성됩니다. 용접에 탁월한 견고하면서도 성형 가능한 미세 구조입니다. 오스테나이트 강철은 다양한 용도로 사용되지만 종종 마르텐사이트 강철을 만들기 위해 추가로 작업됩니다.
· 마르텐사이트: 마르텐사이트 변태는 가열된 금속을 급속 냉각할 때 일어나는 현상입니다. 마텐자이트강은 단단하지만 매우 부서지기 쉽습니다. 담금질 후 금속을 가공하면 금속의 연성을 회복하고 내부 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.
· 페라이트: 페라이트는 오스테나이트로 변태되기 전에 형성되는 부드럽고 열역학적으로 안정된 미세조직입니다. 주로 저탄소강에서 발생합니다.
· 시멘타이트: 시멘타이트는 철과 탄소를 함유하고 있는 열역학적으로 불안정한 미세조직입니다. 견고한 미세 구조로 인해 매우 단단하면서도 부서지기 쉬운 금속이 만들어집니다.
· 펄라이트: 천천히 냉각하면 페라이트와 시멘타이트가 교대로 층을 이루고 있는 펄라이트 미세조직이 생성됩니다. 이 구조는 견고하고 가벼우며 내마모성이 뛰어납니다.
· 베이나이트: 베이나이트는 강철 부품이 펄라이트보다 빠르게 냉각되고 마르텐사이트보다 느리게 냉각될 때 형성되는 단단하고 부서지기 쉬운 미세 조직입니다.
담금질 매체의 유형
담금질 공정은 다양한 담금질 매체를 사용하여 수행할 수 있습니다. 모든 매체에는 고유한 담금질 특성이 있습니다. 담금질 속도, 담금질 환경 문제, 담금질 미디어 교체 및 담금질 미디어 비용은 미디어 사용 유형을 결정할 때 고려해야 할 요소입니다. 담금질 미디어의 주요 유형은 다음과 같습니다.
공기
공기는 담금질을 위해 금속을 냉각시키는 데 사용되는 널리 사용되는 담금질 매체입니다. 경제성은 공기의 주요 이점 중 하나입니다. 그 경제성은 지구상의 풍부함의 결과입니다. 실제로, 가열된 후 단순히 방치하여 실온으로 냉각되는 모든 재료는 공기 담금질된 것으로 간주됩니다. 공기 담금질은 또한 담금질되는 금속 주위로 압축 및 강제될 때 더 의도적으로 수행됩니다. 압축 공기라도 많은 금속을 너무 느리게 냉각시켜 기계적 특성을 변경할 수는 있지만 이는 정지 공기보다 부품을 더 빠르게 냉각시킵니다.
물
물은 가열된 금속도 빠르게 냉각시킬 수 있습니다. 강철은 물에 담금질하여 빠르게 냉각될 수 있으며, 이는 일부 응용 분야에서 가능한 가장 높은 경도에 도달하는 데 좋습니다. 그러나 내부 장력 축적으로 인해 냉각 속도로 인해 뒤틀림과 균열이 발생할 수도 있습니다. 결과적으로, 부품을 완성하려면 추가적인 야금학적 절차가 필요합니다.
많은 가스와 마찬가지로 물은 쉽게 얻을 수 있고 환경에 영향을 주지 않으므로 지속 가능한 담금질 매체입니다. 스팀 포켓은 물로 담금질하는 과정을 방해할 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 제작자는 젖은 공기 주머니가 형성되어 오염 물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 매체의 구성 요소를 휘저어야 합니다.
기름
오일은 압축 공기보다 훨씬 더 빠르게 가열된 금속을 냉각할 수 있습니다. 가열된 요소는 오일이 채워진 탱크에 떨어져서 냉각됩니다. 부품을 오일로 씻어낼 수도 있습니다. 다양한 유형의 오일은 냉각 속도와 인화점이 다르기 때문에 다양한 응용 분야에 자주 사용됩니다.
소금물
염수 또는 소금물은 급속 냉각을 위한 탁월한 담금질 매체가 됩니다. 공기, 물, 기름보다 빨리 냉각됩니다. 이는 소금과 물의 혼합물이 뜨거운 금속과 접촉할 때 공기 방울의 생성을 방지하기 때문입니다. 결과적으로 액체는 기포보다 금속 표면의 더 많은 부분을 덮게 됩니다.
담금질강
철강은 기계적 특성이 담금질에 매우 민감하기 때문에 담금질 공정을 논의할 때 특별히 언급할 가치가 있습니다. 담금질 경화라고 알려진 담금질 과정을 통해 강철은 재결정 온도 이상의 온도로 상승되고 담금질 과정을 통해 급격하게 냉각됩니다. 급속 담금질은 느린 냉각에 비해 강철의 결정 구조를 변화시킵니다. 강철의 탄소 함량과 합금 원소에 따라 담금질 경화 공정을 거칠 때 마르텐사이트나 베이나이트와 같이 더 단단하고 부서지기 쉬운 미세 구조가 남을 수 있습니다. 이러한 미세 구조는 강철의 강도와 경도를 증가시킵니다. 그러나 강철은 균열에 취약하고 연성이 크게 감소합니다. 이러한 이유로 일부 강철은 담금질 경화 공정 후에 어닐링되거나 표준화됩니다.
