철강의 네 가지 열처리 유형은 무엇입니까?

네 가지 기본 종류 열처리 철강에 적용되는 것은 어닐링, 노멀라이징, 경화(담금질), 템퍼링입니다. 이러한 제어된 열 공정은 금속의 내부 결정 구조를 조작하여 화학적 조성을 변경하지 않고 경도, 연성, 인장 강도 및 내충격성과 같은 특정 기계적 특성을 달성합니다. ASM 국제열처리학회(International Heat Treating Society)에 따르면, 열처리는 자동차 기어 및 수술 도구부터 구조용 I-빔에 이르기까지 거의 모든 내구성 금속 제품의 핵심 구현 기술입니다. 이 네 가지가 무엇인지 정확히 이해하기 종류 heat treatment 엔지니어는 정확한 사이클을 선택하여 취성 파괴를 방지하고, 기계 가공성을 향상시키며, 특정 응용 분야에 대한 내마모성을 극대화할 수 있습니다.

1. 어닐링: 금속을 연화시키고 내부 응력을 완화시키는 역할

어닐링은 강철을 연화시키고, 연성을 개선하며, 금속을 특정한 높은 온도로 가열하고, 상 변형이 일어날 수 있을 만큼 오랫동안 유지한 다음, 일반적으로 용광로 자체 내부에서 극도로 천천히 냉각함으로써 내부 응력을 완화하는 열처리 공정입니다. 어닐링의 주요 목적은 강철을 가능한 가장 부드러운 상태로 만들어 기계 가공이나 냉간 성형을 쉽게 만드는 것입니다. 일반 탄소강의 경우 어닐링 온도는 일반적으로 상한 임계 온도(A3)보다 30°C ~ 50°C(50°F ~ 90°F) , 이는 공석강의 경우 약 723°C에서 저탄소강의 경우 910°C 이상입니다. 강철은 이 온도에서 종종 단면 인치당 1~2시간 동안 유지되어 탄소가 오스테나이트 상에 균일하게 용해될 수 있습니다. 후속 냉각은 어닐링을 정의하는 특징입니다. 탄소가 철 격자 밖으로 확산되어 펄라이트로 알려진 거칠고 넓은 간격의 페라이트 및 시멘타이트 층을 형성할 수 있을 만큼 충분히 느려야 합니다. 냉각 속도는 일반적으로 시간당 10°C ~ 50°C , 종종 부품을 용광로에 그대로 두고 몇 시간 또는 며칠에 걸쳐 함께 냉각함으로써 달성할 수 있습니다. 생성된 미세 구조는 넓은 영역의 연질 페라이트를 포함하는 거친 펄라이트이며 브리넬 경도는 다음과 같습니다. 120~150HB AISI 1045와 같은 중탄소강에 사용됩니다. ASM 핸드북 제4권: 열처리 어닐링은 경도를 감소시킬 뿐만 아니라 이전 냉간 가공 또는 용접으로 인한 잔류 응력을 제거합니다. 이는 후속 가공 또는 서비스 중 변형을 방지하는 데 중요합니다. 완전 어닐링 외에도 특수 변형이 존재합니다. 구상화 어닐링은 고탄소 공구강의 성형성을 극대화하기 위해 구상형 탄화물 입자 구조를 생성하는 반면, 공정 어닐링은 냉간 가공 과정에서 저탄소강에 ​​적용되는 저온 처리로 인발 또는 압연 패스 사이의 연성을 회복합니다. 구체적인 방법에 관계없이 극한의 작업성이나 응력 완화가 필요할 때 어닐링은 항상 출발점이며 가장 널리 사용되는 방법 중 하나입니다. 종류 heat treatment 중공업 분야에서.

2. 표준화: 균일성과 강도를 위한 입자 구조 개선

노멀라이징(정규화)은 금속을 임계 범위 이상으로 가열한 다음 용광로가 아닌 대기 중에서 냉각시켜 어닐링된 강철에 비해 강도와 인성이 향상된 균일하고 미세한 미세 구조를 생성하는 열처리 공정입니다. 정규화를 위한 가열 온도는 일반적으로 상한 임계 온도보다 30°C ~ 50°C 높음 , 어닐링과 유사하지만 중요한 차이점은 냉각 단계에 있습니다. 충분히 담근 후 강철을 용광로에서 꺼내어 주위의 공기가 없는 곳에서 냉각시킵니다. 이러한 공기 냉각은 노 냉각보다 상당히 빠르며, 그 결과 입자가 더 작고 미세한 펄라이트 구조가 생성됩니다. 미세 입자 크기는 항복 강도와 인성을 동시에 증가시키기 때문에 중요하지만 대부분의 강화 메커니즘은 서로 교환됩니다. 표준화된 AISI 1045 강철의 경우 인장 강도는 일반적으로 약 620MPa(90,000psi) 이는 완전히 어닐링된 조건에서 동일한 강철의 일반적인 500MPa보다 상당히 높습니다. 에서 발표한 연구에 따르면 재료공학 및 성능 저널 또한 정규화는 응고 중에 냉각이 불균일할 수 있는 주조 또는 단조 부품의 미세 구조를 균질화하여 부품 전체에 걸쳐 일관된 기계적 특성을 보장합니다. 노멀라이징은 종종 담금질 및 템퍼링 조건의 극도의 경도를 요구하지 않는 구조용 강의 최종 열처리로 지정될 뿐만 아니라 경화 전 준비 단계로 지정되기도 합니다. 왜냐하면 균일한 입자 구조가 후속 담금질에 더 예측 가능하게 반응하기 때문입니다. 네 가지 중 종류 heat treatment , 노멀라이징은 어닐링에 의해 생성된 부드럽고 연성 상태와 담금질에 의해 생성된 단단하고 부서지기 쉬운 상태 사이의 중간 지점을 차지하므로 철도 바퀴, 샤프트 및 압력 용기 플레이트와 같이 강도와 인성의 균형이 필요한 부품에 탁월한 선택입니다.

3. 경화(담금질): 최대 경도 및 내마모성 확보

담금질이라고도 불리는 경화는 강철을 오스테나이트 범위까지 가열한 다음 물, 염수, 기름 또는 강제 공기에서 급속 냉각하여 결정 구조를 마르텐사이트라고 하는 과포화되고 극도로 단단한 상으로 변형시킴으로써 강철의 경도와 강도를 극적으로 증가시키는 열처리입니다. 강철은 대략적인 온도로 가열됩니다. 760°C ~ 870°C(1,400°F ~ 1,600°F) , 탄소 함량에 따라 다르며 구조를 완전히 오스테나이트화할 수 있을 만큼 오랫동안 유지됩니다. 급속 냉각—종종 초과 초당 200°C 물 담금질 중 - 철 격자에서 탄소 원자의 확산을 억제합니다. 페라이트와 시멘타이트의 평형상을 형성하는 대신, 탄소는 마르텐사이트로 알려진 체심 정방정계 결정 구조 내에 갇혀 있습니다. 이 구조는 엄청난 내부 변형과 62~67HRC AISI 1095와 같은 고탄소 공구강의 Rockwell C 스케일. 담금질 매체의 선택은 중요한 엔지니어링 결정입니다. 물과 염수는 가장 엄격한 담금질을 제공하여 최대 경도를 제공하지만 뒤틀림 및 담금질 균열 위험도 가장 높습니다. 오일 담금질은 더 느리고 더 균일하여 열충격을 줄이고 합금강 및 복잡한 형상에 선호되는 매체입니다. 공기 담금질 또는 가스 담금질은 상대적으로 느린 냉각 속도에서도 마르텐사이트를 형성하는 고합금 공기 경화강에 사용됩니다. 그러나 담금질된 마르텐사이트 구조는 매우 단단하면서도 부서지기 쉽습니다. 가 집계한 자료에 따르면 ASM 고장 분석 핸드북 템퍼링되지 않은 마르텐사이트는 높은 수준의 잔류 응력을 함유하고 있으며 사소한 표면 결함이나 연삭 중에 자연적으로 균열이 생길 수 있습니다. 이러한 취약성은 경화가 열 사이클의 마지막 단계가 거의 아닌 이유입니다. 대신, 인성을 회복하기 위해 담금질 후 즉시 템퍼링을 수행해야 합니다. 이러한 제한에도 불구하고 경화는 절삭 공구, 베어링 레이스, 다이 및 내마모성 플레이트에 필요한 높은 표면 경도를 달성하는 가장 직접적인 방법이며, 종류 heat treatment 마모 및 압입에 저항해야 하는 부품용.

4. 템퍼링: 담금질 후 경도와 인성의 균형 유지

템퍼링은 경화 후 필수 열처리입니다. 강을 임계점 이하의 온도까지 재가열하고 유지한 후 공기 중에서 냉각시켜 마르텐사이트 조직의 취성을 감소시키고 담금질 응력을 완화시킵니다. 뜨임 온도는 경도와 인성의 최종 균형을 제어하는 ​​주요 변수입니다. 그것은 낮은 것부터 다양합니다. 150°C(300°F) 면도날 및 금속 절단 도구와 같이 최대 내마모성을 요구하는 응용 분야의 경우 650°C(1,200°F) 자동차 차축, 크랭크샤프트 등 충격 에너지를 흡수해야 하는 부품에 사용됩니다. 템퍼링 온도가 증가함에 따라 갇힌 탄소 원자는 마르텐사이트 격자에서 미세한 탄화물 입자로 석출되고 결정 구조는 점차적으로 체심 정방정계에서 탄화물이 분산된 보다 안정적인 체심 입방체 배열로 변형됩니다. 이 템퍼링된 마르텐사이트 조직은 시간과 온도를 제어하여 정밀하게 가공할 수 있습니다. 예를 들어, 64 HRC로 담금질된 일반 탄소강은 200°C에서 뜨임 처리되어 다음의 경도를 유지할 수 있습니다. 60~62HRC 절삭날의 경우 550°C에서 담금질하여 다음의 경도를 얻습니다. 30~35HRC 커넥팅 로드에 적합한 높은 인성을 갖고 있습니다. 특정 합금강을 450°C ~ 600°C 범위에서 천천히 냉각하면 템퍼링 취성이라는 특별한 현상이 발생할 수 있습니다. 이 위험은 소량의 몰리브덴을 첨가하거나 템퍼링 온도에서 빠르게 냉각하면 완화됩니다. 에 따르면 금속 핸드북 데스크 에디션 템퍼링은 단순히 경화에 대한 수정적인 추가 고려 사항이 아닙니다. 이는 강철의 기계적 반응을 응용 분야의 정확한 요구 사항에 맞게 조정하는 신중한 설계 도구입니다. 네 가지 중 종류 heat treatment 템퍼링은 부서지기 쉽고 내부적으로 응력을 받는 부품을 신뢰할 수 있는 엔지니어링 구성 요소로 변환하는 것입니다.

제조 과정에서 네 가지 열처리 유형이 함께 작용하는 방식

산업 현장에서 네 가지 유형의 열처리는 단독으로 사용되는 경우가 거의 없습니다. 이들은 원시 스톡을 정밀하게 제어된 속성을 갖춘 완성된 구성 요소로 변환하는 시퀀스로 결합됩니다. 경화 기어의 일반적인 제조 경로는 가공을 위해 연화하고 잔류 주조 또는 단조 응력을 제거하기 위해 단조 블랭크를 정규화하거나 어닐링하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 블랭크는 가장 부드럽고 작업 가능한 상태에서 거의 그물 형태로 가공됩니다. 가공 후 부품은 오스테나이트화 온도까지 가열되고 담금질되어 마르텐사이트를 형성하여 내마모성에 필요한 높은 표면 경도를 얻습니다. 담금질 후 즉시 부품이 필요한 인성으로 뜨임 처리되어 내부 담금질 응력이 완화되고 지연 균열이 방지됩니다. 연화, 성형, 경화, 강화라는 이 순서는 자동차 변속기 기어에서 수술 기구에 이르기까지 수백만 개의 중요 부품을 생산하는 데 기본입니다. 각 단계의 구체적인 매개변수는 강철 등급과 원하는 최종 경도 및 인성에 따라 달라집니다. 예를 들어, AISI 8620 저탄소 합금강으로 만든 기어는 담금질 전에 표면층에 탄소를 도입하는 침탄이라는 다른 경화 경로를 거칠 수 있지만 핵심 처리 순서에는 여전히 결정립 미세화를 위한 정규화, 마르텐사이트 케이스를 형성하기 위한 담금질, 케이스 취성을 줄이기 위한 템퍼링이 포함됩니다. 이 네 가지 방법을 이해하는 방법 종류 heat treatment 상호 작용을 통해 프로세스 엔지니어는 왜곡과 스크랩을 최소화하면서 성능을 최대화하는 열 사이클을 설계할 수 있습니다.

열처리 유형에 대해 자주 묻는 질문

어닐링과 정규화의 차이점은 무엇입니까?

둘 다 종류 heat treatment 강철을 부드럽게 하고 구조를 개선하지만 냉각 속도는 다릅니다. 어닐링은 매우 느린 노 냉각을 사용하여 최대 연성과 가장 거친 입자 구조를 갖춘 가장 부드러운 상태를 생성합니다. 노멀라이징은 공기 냉각을 사용하여 강도가 높고 균일성이 우수한 중간 정도의 단단하고 미세한 입자의 구조를 생성합니다. 노멀라이징은 강도와 ​​인성의 균형이 필요할 때 선호되는 반면, 어닐링은 후속 냉간 가공을 위해 극도의 부드러움과 성형성이 필요할 때 선택됩니다.

담금질을 통해 모든 강철을 경화시킬 수 있나요?

아니요. 경화 중에 마르텐사이트를 형성하는 능력은 탄소 함량과 합금 구성에 따라 달라집니다. 대략 이하의 강철 0.30% 탄소 일반적으로 단단하고 뒤틀린 격자를 생성하기에 충분한 탄소가 부족하기 때문에 직접 담금질을 통해 마르텐사이트 구조로 경화될 수 없습니다. AISI 1018과 같은 저탄소강은 담금질 전에 표면에 탄소를 추가하여 단단한 코어 위에 하드 케이스를 만드는 침탄 처리를 통해 표면 경화되는 경우가 많습니다. 중탄소강과 고탄소강은 물론 대부분의 합금강도 경화 공정에 쉽게 반응합니다.

왜 경화 후 즉시 템퍼링을 수행해야 합니까?

담금질 중에 형성된 마르텐사이트에는 엄청난 내부 응력이 포함되어 있습니다. 이러한 응력이 템퍼링을 통해 완화되지 않으면 때로는 담금질 후 몇 시간 또는 며칠 후에 부품이 자연적으로 균열이 발생하는 지연 균열 현상이 발생할 수 있습니다. 부품이 대략적으로 도달하자마자 템퍼링을 수행해야 합니다. 50°C ~ 65°C(120°F ~ 150°F) 담금질 후. 이 단계를 지연하면 부품 고장이 발생할 위험이 있으며 모든 열처리 공장에서 심각한 공정 오류로 간주됩니다.

저탄소강의 어닐링과 노멀라이징 중에서 어떻게 선택합니까?

광범위한 냉간 성형 또는 딥 드로잉을 수행하는 저탄소강의 경우 어닐링이 선호됩니다. 열처리 가장 부드럽고 가장 연성이 있는 상태를 만들기 때문입니다. 부품이 어느 정도 강도가 요구되는 구조적 용도로 사용되는 경우 노멀라이징이 더 나은 선택입니다. 정규화는 노 냉각 비용을 연장하지 않고도 더 미세한 입자 크기와 향상된 기계적 특성을 제공하기 때문입니다. 결정은 후속 제조 단계에 따라 달라집니다. 어닐링은 사전 가공 스톡에 이상적이며 정규화는 열간 압연 단면의 최종 처리 역할을 하는 경우가 많습니다.

네 종류 heat treatment - 어닐링, 정규화, 경화 및 템퍼링 - 강철의 기계적 특성을 조작하기 위한 완벽한 툴킷을 구성합니다. 각 공정은 서로 다른 엔지니어링 요구 사항을 해결합니다. 어닐링은 성형을 위한 부드럽고 스트레스 없는 기초를 만듭니다. 정규화는 신뢰성을 위해 구조를 개선하고 균질화합니다. 경화는 강철을 가능한 최대 경도로 밀어냅니다. 템퍼링은 부서지기 쉬운 경도를 안전하고 사용 가능한 강도와 인성의 조합으로 변환합니다. 이러한 공정을 통해 부드럽고 구부릴 수 있는 판금부터 매우 단단한 절삭날까지 다양한 부품을 생산할 수 있으며, 이는 100년 전과 마찬가지로 현대 제조에 필수적인 요소로 남아 있습니다.