용해, 주조, 열처리

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용해, 주조, 열처리에 대한 보고서 자료입니다.

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저항이 가장 낮다. 특히 고속 절삭시 공구의 수명과 절삭속에 구상화 조직이 가장 우수하다. 따라서 피삭성을 결정하는 인자는 절삭면이 좋고 나쁨에도 관계되며 구상화 조직은 거친가공에 적합하다.
◎ 구상화 풀림의 적용 범위
구상화 처리의 대상 강종은 0.5～1.5%C로 결정립 조대화 풀림하여 사용하는 것이 좋다.
열처리 균열과 변형 방지 및 인성향상에 좋은 효과를 얻기 위해
탄화물 감소와 균일하게 분포되도록 하기 위하여 구상화 처리한다.
구상화 풀림은 냉간압연이나 냉간 선재 연신작업에도 가공성을 크게 향상시키므로
냉간가공 전처리 작업으로 이용되고 있다.
◆담금질(Quenching, 소입)
강을 임계온도 이상에서 물이나 기름 중에 침적시켜 금냉하는 작업은 담금질이라고 한다.
담금질의 주목적은 경화에 있으며 가열온도는 아공석강에서는 Ac3+30～50℃, 과공석강에서는 Ac1점 이상 30～50℃로 균일가열한 후 담금질을 행한다.
( 1 ) 담금질에 따른 용적변화
열처리 과정에서 나타나는 조직중에서 용적변화가 가장 큰 것은 다음과 같다. 마르텐사이트 > 소르바이트 > 트루스타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 로 마르텐사이트의 팽창이 크며 그 이유는 고용된 γ 가 고용 α로 변태하기 때문이며 오스테나이트가 펄라이트로 변화하는 것은 위의 변화와 함께 고용탄소가 유리탄소로 변화하기 때문이다. 여기서 γ가 α로 변태할 때 팽창하지만 고용탄소가 유리탄소(Fe3C)로 변태할 때에는 수축하게 된다. 그러므로 완전한 Pearlite로 변태하였을 때에는 Martensite보다 수축되어 있다. 따라서 펄라이트량이 많을수록 팽창량이 적어진다.
( 2 ) 담금질 법
강의 담금질은 보통 오스테나이트화의 온도 Ac1또는 Ac3변태점 보다 30～50℃높은 온도로 가열하고 물 또는 기름 중에 연속 냉각시키는 방법으로 물 담금질은 큰 경도를 부여하고 고탄소강이나 합금강인 경우에는 담금질 균열과 응력을 발생시키기 쉬우므로 기름 중에서 담금질 한다.
담금질 작업에서 제일 중요한 점은 임계구역까지 가급적 빨리 냉각시키는 일이다. 이 온도 범위를 천천히 냉각하면 풀림 열처리가 되고 말기 때문이다. 이 임계구역을 신속히 냉각시키느냐 천천히 냉각시키느냐에 따라서 담금질이 되느냐 안 되느냐가 결정된다.
그러므로 이 구역을 임계구역이라 한다. 임계구역에서 신속히 냉각된 것은 담금질의 결과가 약속된 것이며 실제 경화되어지는 것은 250℃이하의 저온에서 일어난다.
강은 경화할 때 팽창하게 되며 담금질에서 250℃이하로 굳어짐과 동시에 팽창이 수반된다.
팽창의 비율은 강의 종류에 따라서 다르지만 0.9%탄소강은 길이에서 0.3%, 체적에서 0.9%팽창한다. 이처럼 강이 냉각되어 가고 있을 때 팽창되므로 강의 내부는 매우 무리한 결과가 되기 때문에 이 구역을 위험구역이라고 하며 담금질 균열과 변형의 발생이 이려되며 이곳을 Ms구역이라고도 한다. 담금질 균열은 급냉된 순간에 발생하는 것이 아니라 Ms구역 내에서 파생되므로 Ms구역을 천천히 냉각시키므로써 팽창과 수축의 무리가 없어지고 균열하지 않게 된다. 이러한 사실에서 임계구역은 신속히, 위험구역은 천천히 냉각시키므로 경화와 균열을 방지할 수 있으므로 Ms점을 아는 것은 대단히 중요한 것이다.
( 3 ) 담금질 작업
◎ 수 냉
강을 급속히 냉각할 때에는 20℃이하의 물을 사용하고 20℃의 물인 경우는 120～160℃/sec정도가 좋겠다. 수냉시 냉각속도는 수온에 따라 크게 달라지는데 수온이 40℃가 되면 80～140℃/sec, 수온이 60℃가 되면 60～80℃/sec, 수온이 80℃가 되면 20～30℃/sec로 냉각속도가 저하되므로 주의가 필요하다. 10%식염수(Nacl 수용액)를 쓰면 160～200℃/sec의 냉각속도의 상승효과를 가져온다. 수냉시 냉각액이 가열되면 수증기의 기포 형성으로 열처리 부품의 표면에 부착되어 냉각속도를 저하시키므로 충분한 교반과 새로운 물의 유입으로 냉각효과 증대에 힘써야 한다. 냉각이 제때에 되지 못하면 경화하지 않고 연점이 발생된다.
◎ 유 냉
고탄소강 및 고합금강에는 주로 기름 담금질을 한다. 20℃의 기림인 경우 냉각속도는 20～80℃/sec정도로 유온이 상승하여도 냉각속도는 그다지 변하지 않는 것이 특징이며 실제 작업에서는 유온을 60～80℃가 적합하고 기름의 량은 물건(열처리 제품)의 6～10배가 적당하다. 기름 속에 물의 혼입이 없도록 할 것이며 수분이 0.5～1%정도이면 105～110℃로 가열하면 수분이 증발해 버린다.
( 4 ) 담금 균열
담금질 할 때에 생기는 균열을 말하며 여기에는 2개의 원인이 있다. 급냉으로 인한 열변형과 변태에 의한 변형에 의한 것으로 담금 균열의 대부분은 변태 변형, 즉 오스테나이트 → 마르텐사이트 변화로 이상 팽창에 따른 것이다.
열변형으로 인한 담금 균열을 담금질 직후에 물건의 밖에서 안을 향하여 균열이 발생시킨다. 이것은 높은 온도로부터 급냉시켰을 경우에 일어나는 균열로써 냉각속도가 늦은 부분과 빠른 부분의 경계면에서 발생한다. 따라서 빨리 냉각되는 3면각이나 2면각에는 캡을 씌워 냉각하고 모서리 부분에 라운딩을 주어 냉각속도가 균일하도록 냉각시켜야 한다.
변태 변형에 따른 담금 균열은 물건의 내부에서 바깥쪽을 향해서 발생하며 담금질 후 상당시간이 지난 연후에 일어나는 수가 많다. 이는 물건의 외부와 내부의 냉각속도의 차에 따라서 오스테나이트 → 마르텐사이트로 변태할 때 균열이 발생하며 같은 질량의 오스테나이트와 마르텐사이트의 체적을 비교하면 마르텐사이트쪽이 훨씬 크므로 강을 담금질하면 마르텐사이트가 되고 체적 팽창 현상이 일어난다.
이 때문에 복잡한 형상과 냉각차가 일어나기 쉬운 형상이면 재료가 팽창력에 견디지 못하고 담금 균열을 발생시킨다. 따라서 담금 균열은 담금질한 순간에 발생하며 물건이 150～200℃로 냉각되었을 때 즉, 위험구역에서 균열을 보이는 경우가 많다. 그러므로 위험구역 부분을 서냉시키므로 변태 변형에 따른 담금 균열을 방지할 수 있으므로 항온 냉각 또는 2단 냉각 등은 효과적이다. 이와 같은 담금 균열 방지에 유효한 담금질 법으로는 마르

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