열처리 공정 – 담금질, 템퍼링, 정규화, 어닐링

강의 담금질은 강의 임계 온도 Ac3a(아공정강) 또는 Ac1(과공정강)보다 높은 온도까지 가열하여 일정 시간 동안 유지함으로써 오스테나이트화의 전부 또는 일부를 유발한 후, 임계 냉각 속도보다 빠르게 냉각하여 마르텐사이트(또는 베이나이트) 변태를 유발하는 열처리 공정입니다. 일반적으로 알루미늄 합금, 구리 합금, 티타늄 합금, 강화 유리 및 기타 재료의 고용체 또는 급속 냉각 공정을 사용하는 열처리 공정을 담금질이라고 합니다.

 

담금질의 목적:
(1) 금속의 기계적 성질을 개량하여 재료나 부품으로 만든다.
(2) 일부 특수강의 재료적 성질이나 화학적 성질을 개선한다.

 

담금질 방법: 주로 단일액체 담금질, 이중액체 연소, 단계적 담금질, 등온 담금질, 국부 담금질 등이 있습니다.

템퍼링은 담금질한 금속을 일정한 온도로 가열한 후, 일정 시간 유지한 후, 일정한 방식으로 냉각하는 열처리 공정입니다. 템퍼링은 담금질 직후의 작업으로, 일반적으로 열처리의 마지막 공정이기도 하며, 담금질과 템퍼링을 결합한 공정을 최종 처리라고 합니다.
템퍼링의 역할은 다음과 같습니다.
(1) 조직의 안정성을 향상시켜 가공 중에 공작물이 더 이상 가공 조직 내에서 변형되지 않도록 하여 공작물의 형상 및 특성이 안정적으로 유지되도록 한다.
(2) 공작물의 성능을 향상시키고 공작물의 형상을 안정화하기 위해 내부응력을 제거합니다.

(3) 강의 기계적 성질을 사용 요구 사항에 맞게 조절합니다.

 

템퍼링 요구 사항: 작업물의 다른 용도는 사용 요구 사항을 충족시키기 위해 다른 온도에서 템퍼링해야 합니다.(1) 절삭 공구, 베어링, 침탄 담금질 부품, 표면 담금질 부품은 일반적으로 250℃ 이하의 저온 템퍼링으로 템퍼링합니다. 저온 템퍼링 후 경도는 크게 변하지 않고 내부 응력이 감소하고 인성이 약간 향상됩니다.(2) 스프링은 350~500℃의 중온 템퍼링으로 높은 탄성과 필요한 인성을 얻을 수 있습니다.(3) 중탄소 구조용 강재 부품은 일반적으로 500~600℃의 고온 템퍼링으로 적절한 강도와 인성이 잘 일치하도록 합니다.

 

노멀라이징은 강의 인성을 향상시키는 열처리의 일종으로, 강재를 30~50℃ 이상의 Ac3 온도로 가열한 후 일정 시간 동안 공냉합니다. 노멀라이징의 주요 특징은 냉각 속도가 복귀 속도보다 빠르고 담금질 속도보다 낮다는 것입니다. 노멀라이징은 강의 결정립 미세화를 통해 냉각 속도를 약간 높여 만족스러운 강도를 얻을 수 있으며, 미세 변태도(AKV 값)를 크게 향상시켜 부품의 균열 발생 경향을 줄일 수 있습니다. 일부 저합금 열연 강판, 저합금 단조 및 주물에 노멀라이징을 적용하면 소재의 종합적인 기계적 성질을 향상시키고 절삭 성능도 향상시킬 수 있습니다.

 

어닐링은 금속을 일정 온도까지 서서히 가열하여 충분한 시간 동안 유지한 후, 적절한 속도로 냉각시켜 금속 열처리 공정의 냉각 영역을 확보하는 과정입니다. 어닐링 열처리는 완전 어닐링, 불완전 어닐링, 응력 제거 어닐링으로 구분됩니다. 어닐링된 소재의 기계적 성질은 Kinze의 인장 시험과 경도 시험을 통해 측정할 수 있습니다. 많은 강재가 열처리된 상태로 공급되며, 강재 경도 시험에는 로크 경도계(HRB 경도계)를 사용할 수 있습니다. 얇은 강판, 강대, 박육 강관의 경우 표면 로크 경도계(HRT 경도계)를 사용할 수 있습니다.
담금질 및 풀림의 목적은 다음과 같습니다. 1. 주조, 단조, 압연 및 용접 공정에서 발생하는 다양한 조직 결함과 잔류 응력을 제거하여 제품을 개선하고, 공작물의 변형 및 균열을 방지합니다. 2. 절삭 가공을 할 수 있도록 공작물을 연화합니다. 3. 입자를 미세화하고 조직을 개선하여 공작물의 기계적 성질을 개선합니다. 4. 최종 열처리(담금질, 템퍼링)를 통해 조직 기준을 양호하게 합니다.
일반적으로 사용되는 어닐링 공정은 다음과 같습니다.
(1) 완전소둔. 중·저탄소강의 기계적 성질이 불량한 조대 과열조직이 출현한 후 주조, 단조, 용접 등의 방법으로 정련하는 공정.
(2) 구형 풀림. 단조 후 공구강 및 베어링 강의 높은 경도를 낮추는 데 사용됩니다.
(3) 등온 어닐링. 강두 특정 니켈, 크롬 함량 앵글강 합금 구조용 고경도 강재에 사용됩니다.
(4) 재결정 어닐링. 금속 와이어, 판재의 냉간 인발, 냉간 압연 공정에서 경화 현상(경도 증가, 소성 감소)을 일으키는 데 사용됩니다.
(5) 흑연화 소둔. 탄화물이 많은 주철을 가소성이 좋은 연성 주철로 만드는 데 사용됩니다.
(6) 확산 어닐링. 합금 주물의 화학 조성을 균일하게 하여 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.
(7) 응력 제거 어닐링. 강 주물 및 용접부의 내부 응력을 제거하는 데 사용됩니다.