금속 열처리의 세 가지 범주

금속 열처리 공정은 크게 전체 열처리, 표면 열처리, 그리고 화학 열처리의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 열매체, 가열 온도, 그리고 냉각 방식에 따라 각 범주는 여러 가지 열처리 공정으로 구분될 수 있습니다. 동일한 금속이라도 서로 다른 열처리 공정을 거치면 서로 다른 구조를 갖게 되어 서로 다른 특성을 가질 수 있습니다. 강철은 산업계에서 가장 널리 사용되는 금속이며, 강철의 미세 조직 또한 가장 복잡하기 때문에 다양한 유형의 강철 열처리 공정이 존재합니다.

전체 열처리는 소재 전체를 가열한 후 적절한 속도로 냉각하여 전체적인 기계적 성질을 변화시키는 금속 열처리 공정입니다. 강의 전체 열처리는 일반적으로 어닐링, 노멀라이징, 담금질, 템퍼링의 네 가지 기본 공정으로 구성됩니다.

1.어닐링

어닐링은 소재와 소재 크기에 따라 적절한 온도로 가열하고, 유지 시간을 달리한 후 서서히 냉각하는 과정입니다. 이 과정의 목적은 금속의 내부 구조를 평형 상태에 도달하거나 평형 상태에 가까워지도록 하거나, 이전 공정에서 발생한 내부 응력을 해소하는 것입니다. 이를 통해 양호한 공정 성능과 사용 성능을 확보하거나, 추가 담금질에 대비한 조직을 준비할 수 있습니다.

2.정규화

노멀라이징(normalizing)은 가공물을 적절한 온도로 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 공정입니다. 노멀라이징의 효과는 어닐링과 유사하지만, 조직이 더 미세해집니다. 노멀라이징은 소재의 절삭 성능 향상에 자주 사용되며, 특정 요구 조건을 충족하기 위해 사용되기도 합니다. 최종 열처리로 높은 강도를 요구하는 부품은 아닙니다.

3. 담금질

담금질은 가공물을 가열하고 유지한 후 물, 기름 또는 기타 무기염 용액, 유기 수용액과 같은 담금질 매체에서 빠르게 냉각하는 것입니다.

4.템퍼링

담금질 후 강은 단단해지지만 동시에 취성을 띱니다. 강재 부품의 취성을 줄이기 위해 담금질된 강재를 실온 이상, 650°C 이하의 적정 온도에서 장시간 유지한 후 냉각합니다. 이 공정을 템퍼링이라고 합니다. 풀림, 노멀라이징, 담금질, 템퍼링은 전체 열처리의 "4대 열처리"입니다. 그중 담금질과 템퍼링은 밀접한 관련이 있으며 함께 사용되는 경우가 많으며 필수적입니다.

"사화(四火)"는 다양한 가열 온도와 냉각 방법을 사용하는 다양한 열처리 공정을 발전시켜 왔습니다. 특정 강도와 인성을 얻기 위해 담금질과 고온 템퍼링을 결합하는 공정을 담금질 및 템퍼링이라고 합니다. 일부 합금은 담금질하여 과포화 고용체를 형성한 후, 실온 또는 그보다 약간 높은 온도에서 장시간 유지하여 합금의 경도, 강도 또는 전자기적 특성을 향상시킵니다. 이러한 열처리 공정을 시효 처리라고 합니다.

압력 가공 변형과 열처리를 효과적이고 긴밀하게 결합하여 공작물의 강도와 인성을 향상시키는 방법을 변형 열처리라고 합니다. 부압 분위기 또는 진공 상태에서 수행되는 열처리는 진공 열처리라고 하며, 이는 공작물의 산화 또는 탈탄을 방지하고 처리된 공작물의 표면을 매끄럽고 깨끗하게 유지하여 공작물의 성능을 향상시킵니다. 또한 침투제를 사용하여 화학 열처리할 수도 있습니다.

현재 레이저와 플라즈마 기술이 발전함에 따라, 이 두 기술은 일반 강철 가공물 표면에 내마모성, 내식성 또는 내열성 코팅층을 도포하여 원래 가공물의 표면 특성을 변화시키는 데 사용됩니다. 이 새로운 기술을 표면 개질이라고 합니다.