열처리 실험 보고서

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목차

제 1장 서론
1-1. 개요
1-2. 실험 목적 및 최종 목표

제 2 장 이론 및 해석
2-1. 강이 무엇인가
2-2. 강의 열처리 목적
2-3. 상태도
(1) 상태도의 기본적인 의미
(2) 농도 표시법
(3) Fe-Fe3C상태도와 상
(4) Fe-Fe3C상태도의 해설
2-4. 탄소강의 변태
2-5. 탄소강의 서냉시 조직변화
(1) 공석강
(2) 아공석강
(3) 과공석강
2-6. 열처리 방법
(1) 풀림(annealing)
(2) 불림(normalizing)
(3) 담금질(quenching)
(4) 뜨임(Tempering)
2-7. 경화능과 질량효과
(1) 경화능의 정의
(2) 경화능 표시방법
(3) 질량효과

제 3 장 실험 장치
3-1. 전기로
3-2. 고주파 가열기
3-3. 라크웰 경도기
3-4. 폴리셔
3-5. 사용 시편

제 4 장 실험 방법
4-1 전기로로 열처리
4-2 고주파 유도 가열 경화
4-3 폴리셔를 이용한 녹제거
4-4 라크웰 경도기로 경도측정

제 5 장 실험 결과
5-1 예상 실험 결과
5-2 실험 결과
(1) 냉각면에서 떨어진 거리에 의한 경도 값의 변화
(2) 중심으로부터 거리 변화에 의한 경도 변화
(3) 표면 경화 시편의 경도 측정 결과

제 6 장 결론 및 고찰
6-1 결론 및 고찰
6-2 실험 시 문제점 및 고려사항

부록. 참고 문헌 및 용어 해설
부록 1. 참고 문헌
부록 2. 용어 해설

본문내용

서 0.4%C의 아공석강에 있어서 723℃ 직하의 온도에서 존재하는 펄라이트의 중량분율은 50%가 된다. 한편 Ａ1 변태온도와 상온에서 페라이트의 탄소 고용도한계의 차이는 미미하므로 상온에서의 초석 페라이트와 펄라이트의 상대적인 양은 d 점에서 계산된 값과 비교해서 큰 차이가 없다.
(3) 과공석강
과공석 탄소강을 서냉시킬 때 나타나는 초석상은 시멘타이트이다. 1.2%C의 과공석강을 950℃(그림 2.3의 g점)에서 오스테나이트화한 후에 냉각할 때에 나타나는 미세조직 변화과정을 살펴보기로 하자. 이 강이 그림 2.3의 h점의 온도로 서냉되면 오스테나이트 결정립계에서 初析시멘타이트(proeutectoid cementite)가 핵생성되어 성장하게 된다. 다시 이 강이 j점까지 냉각되는 동안에 초석시멘타이트는 계속 성장해 가면서 오스테나이트에 있는 탄소를 고갈시키게 된다. 이 냉각과정이 평형냉각이라고 가정할 때에 j점의 온도에서 남아있는 오스테나이트의 탄소량은 1.2%에서 0.8%로 감소하게 될 것이다. 따라서 이 오스테나이트는 Ａ1 변태온도 이하로 냉각되면서 공석반응에 의한 펄라이트로 변태하게 된다. 펄라이트를 구성하고 있는 시멘타이트는 초석시멘타이트와 구별하기 위해서 공석시멘타이트(eutectoid cementite)라고 부른다.
◈ 그림 2.7 망상시멘타이트 조직 사진
Ａ1 변태온도 직상인 그림 2.3의 j점에서 지렛대법칙을 사용하면 초석시멘타이트와 오스테나이트의 중량분율을 구할 수가 있다. 즉,
초석시멘타이트 분율 (wt%) = 오스테나이트 분율 (wt%) =
아공석강에서와 마찬가지로 공석온도인 723℃ 직상에서 남아있는 오스테나이트는 723℃ 이하로 냉각시 펄라이트로 변태하므로 그림 2.3에서 Ａ1 변태온도 직하인 d 점에서의 펄라이트의 중량분율은 Ａ1 변태온도 직상인 k점에서의 오스테나이트의 중량분율과 같게 될 것이다. 따라서 1.2%C의 과공석강에 있어서 723℃ 직하의 온도에서 존재하는 펄라이트의 중량분율은 93.2%가 된다. 한편 Ａ1 변태온도와 상온에서 페라이트의 탄소 고용도한계의 차이는 미미하므로 상온에서의 초석시멘타이트와 펄라이트의 상대적인 양은 k점에서 계산된 값과 비교해서 큰 차이가 없다.그림 2.7은 1.4%C의 과공석강을 970℃에서 오스테나이트화한 후 서냉(100℃/hr)한 조직을 보여주는 것으로서, 초석시멘타이트가 오스테나이트 결정립계를 따라서 망상으로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
2-6 열처리 방법
열처리방법을 크게 구분하면 주조나 단조후의 편석 및 잔류응력 등을 제거하여 균질화시키거나 또는 연화를 목적으로 행하는 풀림(annealing), 결정립을 미세화하여 기계적성질이나 피삭성을 향상시키기 위한 불림(normalizing), 경화를 위하여 행하는 담금질(quenching), 그리고 강인화를 위한 뜨임(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다. 또, 표면은 내마모성이 크고, 중심부는 내충격성이 큰 이중조직을 나타내게 하는 표면경화(surface hardening)방법도 있다.
(1) 풀림(annealing)
기본적으로 연화를 목적으로 행하는 열처리로서, 일반적으로 적당한 온도까지 가열한 다음 그 온도에서 유지한 후 서냉하는 조작을 말한다. 그밖의 처리목적으로는 내부응력의 제거, 절삭성 향상, 냉간가공성 향상 등을 통하여 기계적성질을 개선하기 위한 것이다.
풀림에는 완전풀림, 항온풀림, 구상화풀림, 응력제거풀림, 연화풀림, 확산풀림, 저온풀림 및 중간풀림 등의 여러 종류가 있다.
◈ 그림 2.8 각종 풀림 온도 범위
1) 완전풀림(full annealing)완전풀림은 아공석강에서는 Ac3점 이상, 과공석강에서는 Ac1점 이상의 온도로 가열하고, 그 온도에서 충분한 시간동안 유지하여 오스테나이트 단상 또는 오스테나이트와 탄화물의 공존조직으로 한 다음, 아주 서서히 냉각시켜서 연화시키는 조작방법으로서 일반적으로 풀림이라고 하면 완전풀림을 의미한다. 따라서 이 경우의 조직은 아공석강에서는 페라이트와 펄라이트, 과공석강에서는 망상 시멘타이트와 조대한 펄라이트로 된다.일반적으로 열간압연 또는 단조작업을 행한 강재는 조직이 불균일하다든지, 잔류응력이 존재한다든지 또는 연화가 불충분하여 절삭가공이나 소성가공이 곤란할 때가 많다. 이 경우 금속재료를 연화시켜서 절삭가공을 쉽게하기 위해서는 완전풀림을 한다.
2) 항온풀림(isothermal annealing)완전풀림의 일종으로서 단지 항온변태를 이용한다는 차이만 있을 뿐이다. 즉 완전풀림은 강을 오스테나이트화한 다음 서서히 연속적으로 냉각해서 강을 연화시키는
◈ 2.9 항온풀림과 완전풀림의 비교
것인데 비하여, 항온풀림은 강을 오스테나이트화 한 후 TTT곡선의 nose온도에 해당되는 600∼650℃의 로속에 넣어 이 온도에서 5∼6시간 동안 유지한 다음 꺼내어 공랭하는 것이다. 그림 2.9는 일반적인 항온풀림과 완전풀림의 처리곡선을 비교하여 나타낸 것이다.
3) 확산풀림(diffusion annealing)
일반적으로 응고된 주조조직에서 주형에 접한 부분은 합금원소나 불순물이 극히 적고, 주형 벽에 수직한 방향으로 응고가 진행됨에 따라 합금원소와 불순물이 많아지며, 최후로 응고한 부분에 합금원소가 가장 많이 잔존하게 된다. 이와 같은 현상을 편석( segregation)이라 한다. 강괴의 경우, 편석은 1300℃정도에서 수 시간 동안 가열하는 균질화 처리와, 그 다음의 열간가공에 의해서 어느 정도 균질화 되지만 완전히 해소되지는 못한다.따라서 이러한 상태의 주괴를 단조나 압연을 하면 편석된 것들이 가공방향으로 늘어나 섬유상 편석이 나타난다. 인(P), 몰리브덴(Mo) 등이 많이 함유된 강에서는 그 경향이 더욱 두드러지게 나타난다.이와 같은 주괴 편석이나 섬유상 편석을 없애고 강을 균질화 시키기 위해서는 고온에서 장시간 가열하여 확산시킬 필요가 있다. 이와 같은 열처리를 확산풀림 또는 균질화풀림이라고 한다.
4) 구상화풀림(spheroidizing annealing)펄라이트를 구성하는 층상시멘타이트나 또는 망상(網狀)으로 나타나는 초석시멘타이트가 그대로 존재하면 기계가공성이 나빠지고, 특히

키워드

강의열처리,   라크웰 경도기,   열처리방법,   탄소강의 변태,   상태도,   경화능,   질량효과