첫째, 담금질 변형률은 치수 변화와 형상 변화를 가져온다.
담금질 변형률(변형)에는 치수 변화와 형상 변화(변형)의 두 가지 유형이 있습니다.치수 변화는 담금질 중 상변화에 의한 팽창 또는 수축으로 인한 치수 변화로, 주로 신장, 수축, 두꺼워짐, 얇아짐과 같은 유사 변형을 말합니다.변형은 주로 부품의 자중에 의한 처짐과 응력에 의한 형상 변형으로, 휘어짐, 굽힘, 비틀림과 같은 비유사 변형이 발생합니다.물론 크기가 변하면 형상도 변하기 때문에 치수 변화인지 변형인지 혼동하기 쉽고, 치수 변화와 변형은 종종 겹칩니다.담금질 변형률을 사용하여 비유적으로 표현하는 것이 가장 적절합니다.야금학에서 담금질 변형률의 정의는 열처리 후 부품에 발생하는 응력의 합이 0에 가까워지는 상태입니다.
담금질 변형의 출현은 세 단계로 이루어진다.
① 가열(내부응력 제거에 의한 가열)
② 단열성(자중에 의한 처짐, 즉 처짐, 굽힘)
③ 냉각(불균일 냉각 및 상변화에 기반). 이 세 단계가 겹쳐져 결국 부품의 급냉 변형을 초래합니다.
둘째, 차원변화에 관한 6가지 질문
1. 치수 변화의 원인은 무엇인가? 치수 변화는 일반적으로 조직 변화, 즉 상변태에 의한 팽창과 수축에 의해 발생합니다. 팽창은 담금질 시 마르텐사이트가 생성될 때 발생하고, 수축은 잔류 오스테나이트가 생성될 때 발생하며, 수축량은 잔류 오스테나이트량에 비례합니다. 템퍼링 시에는 일반적으로 수축이 발생하며, 여러 번 템퍼링과 경화를 거친 합금강은 팽창이 발생합니다. 또한, 냉간 처리 시 잔류 오스테나이트의 마르텐사이트가 팽창하여 치수 변화를 유발합니다. 이러한 조직의 비체적은 탄소 함량이 증가함에 따라 증가합니다. 탄소 함량이 높을수록 치수 변화가 커집니다.
2. 재료 및 치수 변화: 담금질에 의한 치수 변화(담금질 변형률)는 강의 재료에 따라 다릅니다. P, Mo, Cr, C, Mn은 치수 변화에 큰 영향을 미치는 반면, Si와 Ni는 치수 변화에 미치는 영향이 적습니다. 게이지 및 절삭 공구강 SKS3 및 SKS31(W-Cr-Mn 공구강)은 담금질 변형률이 작은 강으로, 담금질 변형률이 없는 강이라고도 합니다. 둘째, 강의 소성 유동선은 담금질 치수 변화에 큰 영향을 미칩니다. 소성 유동선 방향, 즉 길이 방향으로는 치수 변화가 크고, 길이 방향에 수직인 방향, 즉 횡 방향으로는 치수 변화가 작습니다. 따라서 재료를 선택할 때 소성 유동선 방향의 일관성에 주의해야 합니다. 또한, 탄화물의 선형 편석도 치수 변화에 영향을 미칩니다.
3. 담금질 및 치수 변화
(1) 조직변화만으로 발생하는 치수변화: 강재 부품이 담금질되면 다양한 조직변화가 발생합니다. 이러한 조직변화는 치수변화를 유발합니다. 오스테나이트 조직이 마르텐사이트 조직으로 변태(완전 담금질)될 때 부품의 치수변화(팽창)가 가장 크고, 오스테나이트 조직이 베이나이트 조직으로 변태될 때 치수변화는 위의 약 1/3, 펄라이트 조직으로 변태(어닐링)될 때 치수변화는 위의 약 1/4입니다. 또한, 마르텐사이트에 의한 팽창은 강재의 탄소 함량이 증가함에 따라 증가합니다.
(2) 잔류 오스테나이트의 영향: 담금질의 영향으로 소량의 오스테나이트가 잔류하더라도 팽창에 따른 치수 변화가 그만큼 감소합니다. 따라서 소량의 잔류 오스테나이트 존재는 치수 변화 감소로 이어집니다. 그러나 잔류 오스테나이트 존재는 담금질 경도를 감소시키고 상온에서 시효 변형을 유발합니다.
(3) 미용해 탄화물의 영향: 담금질 가열 시 오스테나이트에 고용되는 탄화물의 양이 적을수록, 즉 잔류 탄화물이 많을수록 치수 변화가 작아집니다. 잔류 탄화물 자체의 형태 및 종류 변화는 체적 변화를 일으키지 않으므로 치수 변화와 관련이 없습니다.
(4) 냉간처리의 효과 : 냉간처리를 실시하면 잔류 오스테나이트량이 감소하고 마르텐사이트량이 증가하여 팽창적인 치수변화가 발생한다.
4. 템퍼링 및 치수 변화
(1) 마르텐사이트 분해: 템퍼링에 의한 마르텐사이트 분해는 수축 치수 변화의 원인입니다. 치수 변화량은 마르텐사이트의 탄소 함량에 따라 달라집니다. 마르텐사이트의 탄소 함량이 높을수록 치수 변화량이 커집니다. 그러나 담금질 전 상태를 기준으로 할 때, 담금질 및 템퍼링 후의 종합적인 치수 변화는 결국 팽창적입니다.
(2) 미용해탄화물의 영향 : 미용해탄화물이 존재하면 오스테나이트의 탄소함량이 감소하고, 탄화물 자체는 치수변화에 영향을 미치지 않으므로 1차 템퍼링(200℃ 이하 템퍼링)에서의 치수변화는 수축이다.
(3) 잔류 오스테나이트의 영향: 잔류 오스테나이트가 존재하는 경우 템퍼링에 의한 치수 변화가 작지만, 템퍼링 온도가 200℃ 이상이 되면 잔류 오스테나이트가 베이나이트로 변태하여 팽창 치수 변화를 유발합니다. 따라서 템퍼링 초기(200℃ 미만)에는 잔류 오스테나이트가 치수 수축을 유발합니다. 200℃ 이상에서는 템퍼링 온도가 상승하고, 잔류 오스테나이트의 분해로 인해 팽창에 의한 치수 변화가 발생합니다.
5. 합금강의 크기 변화
합금강의 탄화물은 특수 원소를 용해하는 경우가 많지만, 비체적은 거의 변하지 않는다고 할 수 있습니다. 따라서 합금강의 처리 방법은 위와 동일합니다. 단지 합금 원소의 종류와 양에 따라 잔류 오스테나이트의 양이 달라지고, 탄화물의 양도 달라지기 때문에 크기 변화를 고려해야 합니다.
6. 사이즈 변화를 줄이는 방법
치수 변화는 담금질 또는 템퍼링 후 조직의 변화로 인해 발생합니다. 따라서 치수 변화를 완전히 제거하는 것은 불가능합니다. 치수 변화는 다음과 같은 열처리 방법을 통해서만 감소시킬 수 있습니다.
(1) 팽창은 마르텐사이트에 의해 발생: 수축은 잔류 오스테나이트에 의해 발생하므로, 마르텐사이트 양과 마르텐사이트에 고용된 탄소 함량을 줄이고 잔류 오스테나이트 양을 증가시켜야 합니다. 단, 잔류 오스테나이트의 증가는 시효 변형을 유발한다는 점에 유의해야 합니다.
(2) 용해되지 않은 탄화물(잔류 탄화물)의 양을 증가시킨다. (3) 마르텐사이트 이외의 다른 조직을 사용하여 강을 경화시키는데, 베이나이트가 가장 좋다. 베이나이트와 마르텐사이트가 50%인 강은 단단하고 치수 변화가 적어 크기 조절이 용이하다.
(4) 템퍼링을 실시하여야 한다.
게시 시간: 2024년 11월 5일