기계 구조용 합금강의 열처리 담금질과 뜨임

기계구조용 합금강의 열처리: 담금질과 뜨임

기계구조용 합금강의 개요

기계구조용 합금강은 일반 구조용 탄소강에 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 규소(Si) 등의 합금 원소를 첨가하여 기계적 성질을 강화한 강재입니다. 이러한 합금 원소들은 철과 고용체를 형성해 담금질성(Quenchability)을 높이고, 내식성과 내마모성을 향상시킵니다.

기계구조용 합금강은 기어, 샤프트, 볼트와 같은 고강도 및 고내구성이 요구되는 부품에 적합하며, 대표적인 합금강에는 Ni-Cr 강, Ni-Cr-Mo 강, Cr-Mo 강, Cr-Mn 강이 있습니다.

담금질

담금질은 기계구조용 합금강의 경도를 높이고, 기계적 성질을 향상시키는 열처리 과정입니다. 유냉(기름 냉각)을 사용하는 것이 일반적이며, 담금질 시 다음과 같은 조건을 유지하는 것이 중요합니다:

• 냉각 매체: 60-80°C로 유지된 기름 사용
• 교반: 기름을 충분히 교반하여 균일한 냉각 유도

이러한 방법으로 담금질 시 발생할 수 있는 변형과 균열을 최소화하고, 부품 전체의 기계적 성능을 균일하게 유지할 수 있습니다.

뜨임

담금질 후에는 뜨임 처리를 통해 내부 응력을 줄이고, 기계적 성질을 최적화합니다. 일반적으로 550-650°C의 고온 뜨임이 이루어지며, 뜨임을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다:

• 응력 완화: 담금질로 인해 발생한 내부 응력을 감소
• 인성 향상: 경도를 조절하면서 파괴 저항성 증가

특정 강종에서는 뜨임 연화 저항성을 고려하여 낮은 온도에서 뜨임 처리를 진행해야 합니다. 예를 들어, 침탄용강은 150-200°C의 저온 뜨임을 통해 고강도와 내마모성을 유지합니다.

뜨임매짐 현상과 방지

뜨임 과정에서 주의해야 할 문제 중 하나는 뜨임매짐 현상입니다. 이는 저온 뜨임과 고온 뜨임 사이의 중간 온도 구간에서 충격 인성이 급격히 감소하는 현상으로, 다음 방법을 통해 방지할 수 있습니다:

• 중간 온도 구간을 피한 뜨임 처리
• 고온 뜨임 후 급랭(KS 규격에 따른 권장)

대형 부품의 경우 냉각 속도가 느리기 때문에 강제 냉각이 필요할 수 있지만, 공랭으로도 충분히 뜨임매짐 현상을 피할 수 있습니다. 수냉은 변형과 녹 발생 위험이 있어 피하는 것이 바람직합니다.

결론

기계구조용 합금강의 열처리는 담금질과 뜨임을 통해 기계적 성질을 최적화하고, 변형 및 뜨임매짐 현상을 방지하는 데 중점을 둡니다. 적절한 열처리 과정을 통해 합금강은 내구성, 강도, 내마모성을 갖춘 최적의 소재로 활용될 수 있습니다.

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참고 자료: 뿌리산업 기술백서