열처리란 금속재료(주로철강재료)에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술이며 크게는 단단하게 만들어 기계적, 물리적 성능를 향상시키는 기술과 재료를 무르 게 하여 가공성을 개선시키는 기술로 대변할 수 있다.
철강 재료는 같은 성분이라도 열처리 방법에 따라 조직이 크게 달라질 수 있다.따라서 열처리를 알맞게 하면 필요에 따라 철강 재료의 기계적 성질과 그 밖의 성질을 변화시켜 사용 용도에 따라 효과적으로 이용할 수 있다. 열처리는 이와 같이 재료에 특별한 성질을 부여하는 것이라 정의할 수 있다. 열처리기술은 금속재료, 기계부품, 금형공구의 기계적 성질을 변화시키기 위하여 가열과 냉각을 반복함으로써 특별히 유용한 성질(내마성, 내충격성, 사용수명연장등)을 부여하는 기술로서 제조 공정의 중간 또는 최종단계에서 이루어지고 있다.
⑴계단열처리
➀ 담금질(Quenching)
강을 적당한 온도로 가열하여 오스테나이트 조직에 이르게 한 뒤 마텐자이트 조직으로 변화시키기 위해 급냉시키는 열처리 방법이다. 담금질은 강의 경도와 강도를 증가시키기 위한 것이다. 강의 담금질 온도가 너무 높으면 강의 오스테나이트 결정 입자가 성장하여 담금질후에도 기계적 성질이 나빠지고 균열이나 변형이 일어나기 쉽다. 따라서 담금질 온도에 주의해야 한다.
담금질은 강을 강하게 하거나 경도를 높이기 위해 어느 일정한 온도까지 가열한 후 물(수냉) 또는 기름(유냉) 등에 담구어 급행시키는 조작이다. 즉, A1 또는 A3 변태점 이상으로 가열한 오스테나이트 상태의 강을 물이나 기름 속에서 냉각시키면 A1 변태점 부근에서 급랭되어 변태가 완료되는데 이에 필요한 충분한 시간이 없어 변태의 진행이 전부 또는 대부분 방해되어 상온에서 오스테나이트와 펄라이트의 중간조직인 마텐자이트, 트루스타이트, 소르바이트 등의 단단한 담금질 조직을 얻게 된다. 담금질 조직은 냉각속도에 따라 마텐자이트<트루스타이트<소르바이트<펄라이트 로 변한다.
➁ 뜨임(Tempering)
담금질한 강은 경도가 증가된 반면 취성을 가지게 되고 표면에 잔류 응력이 남아 있으면 불안정하여 파괴되기 쉽다. 따라서 적당한 인성을 재료에 부여하기 위해 담금질 후에 반드시 뜨임 처리를 해야 한다. 즉 담금질 한 조직을 안정한 조직으로 변화시키고 잔류 응력을 감소시켜 필요로 하는 성질과 상태를 얻기 위한것이 뜨임의 목적이다. 담금질한 강을 적당한 온도까지 가열하여 다시 냉각시킨다.
담금질만 실시한 강은 아주 경하고 취약하여 기계재료로 그대로 사용할 수가 없다. 뜨임은 열처리에 의하여 생긴 결점을 제거하고 강인한 성질로 개선시키기 위하여 담금질하여 경화된 강재를 일정한 온도로 재가열하여 경도는 다소 낮추더라도 인성(toughtness)을 높여주기 위한 열처리 조작이다. 담금질한 강은 반드시 뜨임을 실시한 후 사용한다. 담금질 후 뜨임처리를 하는 것을 조질처리라고 부른다.
➂ 풀림(Annealing)
일반적으로 풀림이라 하면 완전 풀림(Full annealing)을 말한다. 주조나 고온에서 오랜 시간 단련된 금속 재료는 오스테나이트 결정 입자가 커지고 기계적 성질이 나빠진다. 재료를 일정온도까지 일정시간 가열을 유지한 후 서서히 냉각시키면 변태로 인해 최초의 결정 입자가 붕괴되고 새롭게 미세한 결정입자가 조성되어 내부응력이 제거될 뿐만 아니라 재료가 연화된다.
풀림의 주목적은 응력 제거이며 풀림을 실시함으로써 열처리 부품에 대해서는 변형을 최소화 할 수 있다. 강은 어느 온도 이하에서 소성가공을 하면 가공경화가 되어 그 이상의 가공이 어렵게 되거나 절삭성이 나빠질 수 있다. 풀림은 이와 같은 상태를 제거하여 경화한 재료의 연화, 내부 변형의 제거, 절삭성의 개선,조직의 개량등을 목적으로 실시하는 열처리 방법이다.
➃ 불림(Normalizing)
불림의 목적은 결정조직을 미세화하고 냉간가공이나 단조 등으로 인한 내부응력을 제거하며 결정조직이나 기계적 성질과 물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다. 강을 불림 처리하면 취성이 저하되고 주강의 경우 주조상태에 비해 연성이나 인성 등 기계적 성질이 현저히 개선된다. 재료를 변태점 이상의 적당한 온도로 가열한 다음 일정시간 유지시킨 후 공기 중에서 냉각시킨다. 이렇게 하여 미세하고 균일하게 표준화된 금속 조직을얻을 수 있다. 압연, 단조, 주조 등의 공정으로 만들어진 금속 재료 내부에 내부응력을 제거하거나 결정 조직을 균일화시키는 조직이다.
강을 열간가공하거나 열처리를 할 대 필요 이상의 고온으로 가열하면 기계적 성질이 불량해진다. 이러한 재료를 그대로 담금질하면 변형이나 균열을 일으키기 쉬운데 이를 방지하고자 변태점 온도 이상의 적당한 온도로 가열하고 일정시간을 유지하면 균일한 오스테나이트 조직을 얻을 수가 있다. 그 다음 안정된 후 공기 중에서 냉각(공냉)시키면 미세하고 균일한 표준화된 조직을 얻을 수 있는 열처리 방법이다.
➄심냉처리 (서브제로 : subzero)
물 담금질 직후에 액체공기(액체질소, 액체산소)중에 담그는 조작을 말하며 0˚ 이라이므로 subzero라는 명칭이 붙은 것이다. 처리의 주요 목적은 잔류 오스테나이트의 마텐사이트화에 있다. 정밀도를 요하는 금형공구, 합금강, 게이지 등은 뜨임보다 서브제로 처리가 좋다. 담금질 직후 서브제로 처리 후 뜨임을 실시하면 치수변화가 있으면 안되는 공구나 게이지(gauge)등에 적합하다.
[출처]열처리의 종류와 방법 (tistory.com)
열처리란 금속재료(주로철강재료)에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술이며 크게는 단단하게 만들어 기계적, 물리적 성능를 향상시키는 기술과 재료를 무르 게 하여 가공성을 개선시키는 기술로 대변할 수 있다.
철강 재료는 같은 성분이라도 열처리 방법에 따라 조직이 크게 달라질 수 있다.따라서 열처리를 알맞게 하면 필요에 따라 철강 재료의 기계적 성질과 그 밖의 성질을 변화시켜 사용 용도에 따라 효과적으로 이용할 수 있다. 열처리는 이와 같이 재료에 특별한 성질을 부여하는 것이라 정의할 수 있다. 열처리기술은 금속재료, 기계부품, 금형공구의 기계적 성질을 변화시키기 위하여 가열과 냉각을 반복함으로써 특별히 유용한 성질(내마성, 내충격성, 사용수명연장등)을 부여하는 기술로서 제조 공정의 중간 또는 최종단계에서 이루어지고 있다.
⑴계단열처리
➀ 담금질(Quenching)
강을 적당한 온도로 가열하여 오스테나이트 조직에 이르게 한 뒤 마텐자이트 조직으로 변화시키기 위해 급냉시키는 열처리 방법이다. 담금질은 강의 경도와 강도를 증가시키기 위한 것이다. 강의 담금질 온도가 너무 높으면 강의 오스테나이트 결정 입자가 성장하여 담금질후에도 기계적 성질이 나빠지고 균열이나 변형이 일어나기 쉽다. 따라서 담금질 온도에 주의해야 한다.
담금질은 강을 강하게 하거나 경도를 높이기 위해 어느 일정한 온도까지 가열한 후 물(수냉) 또는 기름(유냉) 등에 담구어 급행시키는 조작이다. 즉, A1 또는 A3 변태점 이상으로 가열한 오스테나이트 상태의 강을 물이나 기름 속에서 냉각시키면 A1 변태점 부근에서 급랭되어 변태가 완료되는데 이에 필요한 충분한 시간이 없어 변태의 진행이 전부 또는 대부분 방해되어 상온에서 오스테나이트와 펄라이트의 중간조직인 마텐자이트, 트루스타이트, 소르바이트 등의 단단한 담금질 조직을 얻게 된다. 담금질 조직은 냉각속도에 따라 마텐자이트<트루스타이트<소르바이트<펄라이트 로 변한다.
➁ 뜨임(Tempering)
담금질한 강은 경도가 증가된 반면 취성을 가지게 되고 표면에 잔류 응력이 남아 있으면 불안정하여 파괴되기 쉽다. 따라서 적당한 인성을 재료에 부여하기 위해 담금질 후에 반드시 뜨임 처리를 해야 한다. 즉 담금질 한 조직을 안정한 조직으로 변화시키고 잔류 응력을 감소시켜 필요로 하는 성질과 상태를 얻기 위한것이 뜨임의 목적이다. 담금질한 강을 적당한 온도까지 가열하여 다시 냉각시킨다.
담금질만 실시한 강은 아주 경하고 취약하여 기계재료로 그대로 사용할 수가 없다. 뜨임은 열처리에 의하여 생긴 결점을 제거하고 강인한 성질로 개선시키기 위하여 담금질하여 경화된 강재를 일정한 온도로 재가열하여 경도는 다소 낮추더라도 인성(toughtness)을 높여주기 위한 열처리 조작이다. 담금질한 강은 반드시 뜨임을 실시한 후 사용한다. 담금질 후 뜨임처리를 하는 것을 조질처리라고 부른다.
➂ 풀림(Annealing)
일반적으로 풀림이라 하면 완전 풀림(Full annealing)을 말한다. 주조나 고온에서 오랜 시간 단련된 금속 재료는 오스테나이트 결정 입자가 커지고 기계적 성질이 나빠진다. 재료를 일정온도까지 일정시간 가열을 유지한 후 서서히 냉각시키면 변태로 인해 최초의 결정 입자가 붕괴되고 새롭게 미세한 결정입자가 조성되어 내부응력이 제거될 뿐만 아니라 재료가 연화된다.
풀림의 주목적은 응력 제거이며 풀림을 실시함으로써 열처리 부품에 대해서는 변형을 최소화 할 수 있다. 강은 어느 온도 이하에서 소성가공을 하면 가공경화가 되어 그 이상의 가공이 어렵게 되거나 절삭성이 나빠질 수 있다. 풀림은 이와 같은 상태를 제거하여 경화한 재료의 연화, 내부 변형의 제거, 절삭성의 개선,조직의 개량등을 목적으로 실시하는 열처리 방법이다.
➃ 불림(Normalizing)
불림의 목적은 결정조직을 미세화하고 냉간가공이나 단조 등으로 인한 내부응력을 제거하며 결정조직이나 기계적 성질과 물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다. 강을 불림 처리하면 취성이 저하되고 주강의 경우 주조상태에 비해 연성이나 인성 등 기계적 성질이 현저히 개선된다. 재료를 변태점 이상의 적당한 온도로 가열한 다음 일정시간 유지시킨 후 공기 중에서 냉각시킨다. 이렇게 하여 미세하고 균일하게 표준화된 금속 조직을얻을 수 있다. 압연, 단조, 주조 등의 공정으로 만들어진 금속 재료 내부에 내부응력을 제거하거나 결정 조직을 균일화시키는 조직이다.
강을 열간가공하거나 열처리를 할 대 필요 이상의 고온으로 가열하면 기계적 성질이 불량해진다. 이러한 재료를 그대로 담금질하면 변형이나 균열을 일으키기 쉬운데 이를 방지하고자 변태점 온도 이상의 적당한 온도로 가열하고 일정시간을 유지하면 균일한 오스테나이트 조직을 얻을 수가 있다. 그 다음 안정된 후 공기 중에서 냉각(공냉)시키면 미세하고 균일한 표준화된 조직을 얻을 수 있는 열처리 방법이다.
➄심냉처리 (서브제로 : subzero)
물 담금질 직후에 액체공기(액체질소, 액체산소)중에 담그는 조작을 말하며 0˚ 이라이므로 subzero라는 명칭이 붙은 것이다. 처리의 주요 목적은 잔류 오스테나이트의 마텐사이트화에 있다. 정밀도를 요하는 금형공구, 합금강, 게이지 등은 뜨임보다 서브제로 처리가 좋다. 담금질 직후 서브제로 처리 후 뜨임을 실시하면 치수변화가 있으면 안되는 공구나 게이지(gauge)등에 적합하다.
[출처]열처리의 종류와 방법 (tistory.com)