담금질의 정의와 목적
강을 임계점 Ac3(아공석강) 또는 Ac1(과공석강) 이상의 온도로 가열하고, 일정 시간 동안 유지하여 완전히 또는 부분적으로 오스테나이트화한 후, 임계 담금질 속도보다 빠른 속도로 냉각합니다. 과냉각된 오스테나이트를 마르텐사이트 또는 저베이나이트로 변태시키는 열처리 과정을 담금질이라고 합니다.
담금질의 목적은 과냉각된 오스테나이트를 마르텐사이트 또는 베이나이트로 변태시켜 마르텐사이트 또는 저베이나이트 조직을 얻는 것입니다. 이 조직은 다양한 온도에서 템퍼링과 결합하여 강의 강도, 경도, 그리고 저항성을 크게 향상시킵니다. 다양한 기계 부품 및 공구의 다양한 사용 요건을 충족하기 위해 내마모성, 피로 강도, 인성 등을 향상시킵니다. 담금질은 또한 강자성 및 내식성과 같은 특정 특수 강의 특수한 물리적 및 화학적 특성을 충족하는 데에도 사용될 수 있습니다.
강철 부품이 물리적 상태가 변화하는 담금질 매체에서 냉각될 때, 냉각 과정은 일반적으로 증기막 단계, 비등 단계, 대류 단계의 세 단계로 구분됩니다.
강의 경화성
경화능과 담금질성은 강의 담금질 능력을 나타내는 두 가지 성능 지표입니다. 또한, 소재 선택 및 사용에 중요한 기준이 됩니다.
1. 경화성 및 경화성 개념
담금질성은 강의 담금질성이 이상적인 조건에서 담금질 및 경화되었을 때 달성 가능한 최고 경도에 도달하는 능력입니다. 강의 담금질성을 결정하는 주요 요인은 강의 탄소 함량입니다. 더 정확히 말하면, 담금질 및 가열 중 오스테나이트에 용해되는 탄소 함량입니다. 탄소 함량이 높을수록 강의 담금질성은 높아집니다. 강의 합금 원소는 담금질성에 거의 영향을 미치지 않지만, 강의 담금질성에는 상당한 영향을 미칩니다.
경화능은 특정 조건에서 강의 경화 깊이와 경도 분포를 결정하는 특성을 말합니다. 즉, 강의 담금질 시 경화층의 깊이를 얻을 수 있는 능력입니다. 이는 강의 고유한 특성입니다. 경화능은 강의 담금질 시 오스테나이트가 마르텐사이트로 얼마나 쉽게 변태하는지를 나타냅니다. 이는 주로 강의 과냉각 오스테나이트의 안정성, 또는 강의 임계 담금질 냉각 속도와 관련이 있습니다.
또한 강의 담금질성은 특정 담금질 조건에서 강의 부품의 유효 담금질 깊이와 구별되어야 한다는 점을 지적해야 합니다. 강의 담금질성은 강의 고유한 특성입니다. 이는 자체 내부 요인에만 의존하며 외부 요인과는 아무런 관련이 없습니다. 강의 유효 담금질 깊이는 강의 담금질성뿐만 아니라 사용하는 재료에도 따라 달라집니다. 이는 냉각 매체 및 공작물 크기와 같은 외부 요인과 관련이 있습니다. 예를 들어, 동일한 오스테나이트화 조건에서 동일한 강의 담금질성은 동일하지만 물 담금질의 유효 담금질 깊이가 오일 담금질보다 크고 작은 부품은 오일 담금질보다 작습니다. 큰 부품의 유효 담금질 깊이가 큽니다. 이는 물 담금질이 오일 담금질보다 더 높은 담금질을 가지고 있다고 할 수 없습니다. 작은 부품이 큰 부품보다 더 높은 담금질성을 가지고 있다고 할 수 없습니다. 강의 경화성을 평가하려면 공작물 모양, 크기, 냉각 매체 등과 같은 외부 요인의 영향을 제거해야 한다는 것을 알 수 있습니다.
또한, 담금질성과 담금질성은 두 가지 다른 개념이므로 담금질 후 경도가 높은 강이 반드시 담금질성이 높은 것은 아니며, 경도가 낮은 강이 높은 담금질성을 가질 수도 있습니다.
2. 경화성에 영향을 미치는 요인
강의 경화능은 오스테나이트의 안정성에 따라 달라집니다. 과냉각된 오스테나이트의 안정성을 향상시키고, C 곡선을 오른쪽으로 이동시켜 임계 냉각 속도를 감소시킬 수 있는 모든 요소는 고강의 경화능을 향상시킬 수 있습니다. 오스테나이트의 안정성은 주로 화학 조성, 결정립 크기, 그리고 조성 균일성에 따라 달라지며, 이는 강의 화학 조성 및 가열 조건과 관련이 있습니다.
3.경화성 측정 방법
강의 경화성을 측정하는 방법은 여러 가지가 있는데, 가장 일반적으로 사용되는 방법은 임계 직경 측정법과 최종 경화성 시험법입니다.
(1)임계직경 측정방법
강을 특정 매질에서 담금질한 후, 중심부가 모두 마르텐사이트 또는 50% 마르텐사이트 조직을 갖게 되는 최대 직경을 임계 직경이라고 하며, Dc로 표시합니다. 임계 직경 측정 방법은 직경이 서로 다른 여러 개의 원형 막대를 제작하고, 담금질 후 각 시편 단면의 직경을 따라 분포된 경도 U 곡선을 측정하여 중앙에 세미마르텐사이트 조직이 있는 막대를 찾는 것입니다. 원형 막대의 직경이 바로 임계 직경입니다. 임계 직경이 클수록 강의 경화능이 높아집니다.
(2) 최종 담금질 시험 방법
끝단 담금질 시험법은 표준 크기(Ф25mm×100mm)의 끝단 담금질 시편을 사용합니다. 오스테나이트화 후, 특수 장비를 이용하여 시편의 한쪽 끝에 물을 분사하여 냉각합니다. 냉각 후, 수냉된 끝단에서 축 방향으로 경도를 측정합니다. 거리 관계 곡선을 이용한 시험법입니다. 끝단 담금질 시험법은 강의 담금질성을 측정하는 방법 중 하나입니다. 간단한 조작과 광범위한 적용 범위가 장점입니다.
4. 담금질 응력, 변형 및 균열
(1) 담금질 시 공작물의 내부응력
공작물이 담금질 매체에서 급속 냉각될 때, 공작물은 특정 크기와 열전도 계수도 특정 값을 가지므로 냉각 과정 동안 공작물의 내부 단면을 따라 특정 온도 구배가 발생합니다.표면 온도가 낮고, 코어 온도가 높고, 표면 및 코어 온도가 높습니다.온도차가 있습니다.공작물의 냉각 과정 동안에도 두 가지 물리적 현상이 있습니다.하나는 열팽창으로 온도가 낮아짐에 따라 공작물의 선 길이가 줄어듭니다.다른 하나는 온도가 마르텐사이트 변태점까지 떨어지면 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 비체적이 증가합니다.냉각 과정 중 온도차로 인해 공작물 단면을 따라 다른 부분에서 열팽창량이 다르고 공작물의 다른 부분에서 내부 응력이 발생합니다.공작물 내부에 온도차가 있기 때문에 마르텐사이트가 발생하는 지점보다 온도가 더 빨리 떨어지는 부분이 있을 수도 있습니다. 변태 과정에서 체적이 팽창하고, 고온 부분은 여전히 온도점보다 높고 오스테나이트 상태를 유지합니다. 이러한 각 부분은 비체적 변화의 차이로 인해 내부 응력을 발생시킵니다. 따라서 담금질 및 냉각 과정에서 두 가지 종류의 내부 응력이 발생할 수 있습니다. 하나는 열 응력이고, 다른 하나는 조직 응력입니다.
내부 응력은 존재 시간 특성에 따라 순간 응력과 잔류 응력으로 나눌 수 있습니다. 냉각 과정 중 특정 순간에 공작물에 발생하는 내부 응력을 순간 응력이라고 하며, 공작물이 냉각된 후 공작물 내부에 남아 있는 응력을 잔류 응력이라고 합니다.
열 응력은 작업물이 가열(또는 냉각)될 때 작업물의 여러 부분에서 온도 차이가 발생하여 열 팽창(또는 냉간 수축)이 일정하지 않아 발생하는 응력을 말합니다.
이제 냉각 과정에서 내부 응력의 형성과 변화 규칙을 설명하기 위해 고체 원통을 예로 들어 보겠습니다. 여기서는 축 방향 응력만 논의합니다. 냉각 초기에는 표면이 빠르게 냉각되어 온도가 낮고 수축이 크게 일어나는 반면, 중심부는 냉각되어 온도가 높고 수축이 적습니다. 결과적으로 표면과 내부는 서로 구속되어 표면에 인장 응력이 발생하고 중심부는 압력을 받습니다. 냉각이 진행됨에 따라 내부와 외부의 온도 차이가 커지고 내부 응력도 증가합니다. 응력이 증가하여 이 온도에서 항복 강도를 초과하면 소성 변형이 발생합니다. 중심부의 두께가 표면보다 두껍기 때문에 중심부는 항상 축 방향으로 먼저 수축합니다. 소성 변형의 결과로 내부 응력은 더 이상 증가하지 않습니다. 일정 시간 동안 냉각되면 표면 온도 감소가 점차 둔화되고 수축 또한 점차 감소합니다. 이때 코어는 여전히 수축 중이므로 표면의 인장 응력과 코어의 압축 응력은 점차 감소하여 사라집니다. 그러나 냉각이 계속됨에 따라 표면 습도는 점점 낮아지고 수축량은 점점 줄어들거나 심지어 수축이 중단됩니다. 코어의 온도가 여전히 높기 때문에 수축이 계속되고, 결국 가공물 표면에는 압축 응력이 형성되고 코어에는 인장 응력이 발생합니다. 그러나 온도가 낮아 소성 변형이 쉽게 발생하지 않으므로 이 응력은 냉각이 진행됨에 따라 증가합니다. 이 응력은 계속 증가하여 결국 가공물 내부에 잔류 응력으로 남게 됩니다.
냉각 과정 중의 열응력으로 인해 처음에는 표면층이 늘어나고 중심부가 압축되고, 남은 잔류응력으로 인해 표면층이 압축되고 중심부가 늘어나는 것을 볼 수 있습니다.
요약하자면, 담금질 냉각 시 발생하는 열응력은 냉각 과정 중 단면 온도차에 의해 발생합니다. 냉각 속도가 빠르고 단면 온도차가 클수록 발생하는 열응력이 커집니다. 동일한 냉매 조건에서도 공작물의 가열 온도가 높을수록, 크기가 클수록, 강의 열전도도가 작을수록, 공작물 내부의 온도차가 클수록 열응력이 커집니다. 공작물이 고온에서 불균일하게 냉각되면 변형이 발생하고, 공작물 냉각 과정에서 발생하는 순간적인 인장응력이 재료의 인장강도보다 클 경우 담금질 균열이 발생합니다.
상변태 응력은 열처리 공정 동안 공작물의 다양한 부분에서 상변태의 시점이 달라 발생하는 응력을 말하며, 조직 응력이라고도 합니다.
담금질과 급속 냉각 중에 표면층이 Ms점까지 냉각되면 마르텐사이트 변태가 발생하여 체적 팽창을 일으킵니다.그러나 아직 변태를 겪지 않은 코어의 방해로 인해 표면층은 압축 응력을 발생시키는 반면 코어는 인장 응력을 갖습니다.응력이 충분히 크면 변형을 일으킵니다.코어가 Ms점까지 냉각되면 마르텐사이트 변태를 겪어 체적 팽창을 일으킵니다.그러나 소성이 낮고 강도가 높은 변태된 표면층의 제약으로 인해 최종 잔류 응력은 표면 장력의 형태가 되고 코어는 압력을 받게 됩니다.상변태 응력의 변화와 최종 상태는 열응력과 정반대임을 알 수 있습니다.또한, 상변화 응력은 소성이 낮은 저온에서 발생하기 때문에 이때 변형이 어려워 상변화 응력으로 인해 공작물의 균열이 발생할 가능성이 더 큽니다.
상변태 응력의 크기에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있습니다. 마르텐사이트 변태 온도 영역에서 강의 냉각 속도가 빠를수록, 강편의 크기가 클수록, 강의 열전도도가 나빠질수록, 마르텐사이트의 비체적이 클수록, 상변태 응력이 커집니다. 더 커집니다. 또한, 상변태 응력은 강의 조성 및 강의 경화능과도 관련이 있습니다. 예를 들어, 고탄소 고합금강은 탄소 함량이 높아 마르텐사이트의 비체적이 증가하여 강의 상변태 응력이 증가해야 합니다. 그러나 탄소 함량이 증가함에 따라 Ms점이 감소하고 담금질 후 잔류 오스테나이트가 많이 발생합니다. 체적 팽창이 감소하고 잔류 응력이 낮습니다.
(2) 담금질 중 공작물의 변형
담금질하는 동안 공작물에는 두 가지 주요 변형 유형이 있습니다. 하나는 공작물의 기하학적 모양의 변화로, 크기와 모양의 변화로 나타나며, 종종 휘어짐 변형이라고 하며, 담금질 응력에 의해 발생합니다. 다른 하나는 체적 변형으로, 상 변화 중 특정 체적의 변화로 인해 공작물의 체적이 비례적으로 팽창하거나 수축하는 것으로 나타납니다.
휨 변형에는 형상 변형과 비틀림 변형도 포함됩니다. 비틀림 변형은 주로 가열 중 노 내 공작물 배치 불량, 담금질 전 변형 보정 후 형상 처리 미비, 또는 공작물 냉각 시 공작물 여러 부분의 불균일한 냉각으로 인해 발생합니다. 이러한 변형은 특정 상황에 따라 분석 및 해결될 수 있습니다. 아래에서는 주로 체적 변형과 형상 변형에 대해 설명합니다.
1) 담금질 변형의 원인과 그 변화 규칙
구조적 변형에 의한 체적 변형 담금질 전 소재의 조직 상태는 일반적으로 페라이트와 시멘타이트가 혼합된 펄라이트 조직이며, 담금질 후에는 마르텐사이트 조직입니다. 이러한 조직의 비체적 차이로 인해 담금질 전후의 체적 변화가 발생하여 변형이 발생합니다. 그러나 이러한 변형은 소재의 팽창과 수축을 비례적으로만 일으키므로 소재의 형상에는 영향을 미치지 않습니다.
또한, 열처리 후 조직 내 마르텐사이트 함량이 많거나 마르텐사이트 내 탄소 함량이 높을수록 부피 팽창이 커지고, 잔류 오스테나이트 함량이 많을수록 부피 팽창이 작아집니다. 따라서 열처리 중 마르텐사이트와 잔류 마르텐사이트의 상대적인 함량을 조절함으로써 부피 변화를 제어할 수 있습니다. 적절하게 조절하면 부피가 팽창하거나 수축하지 않습니다.
열응력에 의한 형상 변형 열응력에 의한 변형은 강재 부품의 항복강도가 낮고, 소성이 높고, 표면이 빠르게 냉각되고, 공작물 내외부의 온도차가 가장 큰 고온 영역에서 발생합니다. 이때 순간적인 열응력은 표면 인장 응력과 코어 압축 응력입니다. 이때 코어 온도가 높기 때문에 항복강도가 표면보다 훨씬 낮아 다방향 압축 응력의 작용 하에 변형으로 나타납니다. 즉, 정육면체는 방향이 구형입니다. 다양성. 결과적으로 큰 것은 수축하고 작은 것은 팽창합니다. 예를 들어, 긴 원통은 길이 방향으로 짧아지고 직경 방향으로 팽창합니다.
조직 응력에 의한 형상 변형 조직 응력에 의한 변형은 조직 응력이 최대가 되는 초기 순간에도 발생합니다. 이 시점에서 단면 온도차가 크고, 코어 온도가 더 높으며, 여전히 오스테나이트 상태에 있고, 소성이 양호하며, 항복 강도가 낮습니다. 순간적인 조직 응력은 표면 압축 응력과 코어 인장 응력입니다. 따라서 변형은 다방향 인장 응력의 작용 하에 코어가 신장되는 형태로 나타납니다. 결과적으로 조직 응력의 작용 하에 공작물의 큰 면은 늘어나고 작은 면은 짧아집니다. 예를 들어, 긴 원통에서 조직 응력에 의한 변형은 길이가 늘어나고 지름이 줄어드는 것입니다.
표 5.3은 다양한 대표적인 강재 부품의 담금질 변형 규칙을 보여줍니다.
2) 담금질 변형에 영향을 미치는 요인
담금질 변형에 영향을 미치는 요인은 주로 강의 화학적 조성, 원래 구조, 부품의 기하학적 구조 및 열처리 공정입니다.
3) 균열 해소
부품 균열은 주로 담금질 및 냉각 후반부, 즉 마르텐사이트 변태가 기본적으로 완료되거나 완전히 냉각된 후, 부품의 인장 응력이 강의 파괴 강도를 초과하여 취성 파괴가 발생하는 시점에 발생합니다. 균열은 일반적으로 최대 인장 변형 방향에 수직으로 발생하므로, 부품의 다양한 균열 형태는 주로 응력 분포 상태에 따라 달라집니다.
일반적인 담금질 균열 유형: 종방향(축방향) 균열은 주로 접선 방향 인장 응력이 재료의 파단 강도를 초과할 때 발생합니다. 횡방향 균열은 부품 내부 표면에 형성되는 큰 축방향 인장 응력이 재료의 파단 강도를 초과할 때 형성됩니다. 균열; 네트워크 균열은 표면에 2차원 인장 응력이 작용하여 형성됩니다. 박리 균열은 매우 얇은 경화층에서 발생하며, 응력이 급격히 변하고 반경 방향으로 과도한 인장 응력이 작용할 때 발생할 수 있습니다. 균열의 종류.
종방향 균열은 축방향 균열이라고도 합니다. 균열은 부품 표면 근처의 최대 인장 응력에서 발생하며, 중심부를 향해 일정 깊이를 갖습니다. 균열의 방향은 일반적으로 축과 평행하지만, 부품에 응력 집중이 있거나 내부 구조적 결함이 있는 경우 방향이 바뀔 수도 있습니다.
소재가 완전히 담금질된 후에는 종방향 균열이 발생하기 쉽습니다. 이는 담금질된 소재 표면의 큰 접선 방향 인장 응력과 관련이 있습니다. 강의 탄소 함량이 증가할수록 종방향 균열 발생 경향이 증가합니다. 저탄소강은 마르텐사이트 비체적이 작고 열응력이 강합니다. 표면에 큰 잔류 압축 응력이 존재하여 담금질이 쉽지 않습니다. 탄소 함량이 증가함에 따라 표면 압축 응력은 감소하고 구조 응력은 증가합니다. 동시에 최대 인장 응력은 표층으로 이동합니다. 따라서 고탄소강은 과열 시 종방향 담금질 균열이 발생하기 쉽습니다.
부품의 크기는 잔류응력의 크기와 분포에 직접적인 영향을 미치며, 담금질 균열 경향도 다릅니다. 종방향 균열은 위험한 단면 크기 범위 내에서 담금질에 의해 쉽게 형성됩니다. 또한, 강재 원료의 막힘은 종종 종방향 균열을 유발합니다. 대부분의 강재 부품은 압연으로 만들어지기 때문에 강재 내의 비금속 개재물, 탄화물 등이 변형 방향을 따라 분포하여 강이 이방성을 갖습니다. 예를 들어, 공구강이 띠 모양의 조직을 갖는 경우 담금질 후의 횡방향 파괴 강도는 종방향 파괴 강도보다 30%~50% 작습니다. 강재 내에 비금속 개재물과 같은 응력 집중을 유발하는 요인이 있는 경우, 접선 응력이 축 방향 응력보다 크더라도 낮은 응력 조건에서 종방향 균열이 형성되기 쉽습니다. 이러한 이유로 강재의 비금속 개재물과 당류 수준을 엄격하게 제어하는 것은 담금질 균열을 방지하는 중요한 요소입니다.
횡균열과 아크균열의 내부 응력 분포 특성은 다음과 같습니다. 표면은 압축 응력을 받습니다. 표면에서 일정 거리를 벗어나면 압축 응력이 큰 인장 응력으로 변합니다. 인장 응력 영역에서 균열이 발생하고, 내부 응력이 재분배되거나 강의 취성이 더욱 증가하면 부품 표면으로만 확산됩니다.
횡균열은 롤러, 터빈 로터 또는 기타 샤프트 부품과 같은 대형 샤프트 부품에서 자주 발생합니다. 균열의 특징은 축 방향에 수직이며 내부에서 외부로 파단된다는 것입니다. 경화되기 전에 형성되는 경우가 많으며 열응력에 의해 발생합니다. 대형 단조품은 기공, 개재물, 단조 균열, 백색 반점과 같은 야금학적 결함을 갖는 경우가 많습니다. 이러한 결함은 축방향 인장 응력의 작용으로 파괴 및 파손의 시작점이 됩니다. 아크 균열은 열응력에 의해 발생하며 일반적으로 부품의 형상이 변하는 부분에서 아크 형태로 분포합니다. 주로 공작물 내부 또는 날카로운 모서리, 홈, 구멍 근처에서 발생하며 아크 형태로 분포합니다. 직경 또는 두께가 80~100mm 이상인 고탄소강 부품이 담금질되지 않은 경우, 표면에는 압축 응력이, 중심부에는 인장 응력이 발생합니다. 응력, 최대 인장 응력은 경화층에서 비경화층으로 전이되는 영역에서 발생하며, 이 영역에서 아크 균열이 발생합니다. 또한, 날카로운 모서리와 모서리의 냉각 속도가 빠르고 모두 담금질됩니다. 부드러운 부품, 즉 비경화 영역으로 전이할 때 최대 인장 응력 영역이 나타나 아크 균열이 발생하기 쉽습니다. 공작물의 핀홀, 홈 또는 중심 구멍 근처의 냉각 속도가 느리고, 해당 경화층이 얇으며, 경화 전이 영역 근처의 인장 응력이 아크 균열을 쉽게 유발할 수 있습니다.
망상균열은 표면균열이라고도 하며, 표면 균열입니다. 균열의 깊이는 일반적으로 0.01~1.5mm 정도로 얕습니다. 이러한 균열의 주요 특징은 균열의 임의적인 방향이 부품의 형상과 무관하다는 것입니다. 많은 균열이 서로 연결되어 네트워크를 형성하고 넓게 분포합니다. 균열 깊이가 1mm 이상으로 커지면 네트워크 특성이 사라지고 무작위 방향 또는 종방향으로 분포하는 균열이 됩니다. 네트워크 균열은 표면의 2차원 인장 응력 상태와 관련이 있습니다.
표면에 탈탄층이 있는 고탄소강 또는 침탄강 부품은 담금질 시 네트워크 균열이 발생하기 쉽습니다. 이는 표면층의 탄소 함량이 낮고 마르텐사이트 내부층보다 비체적이 작기 때문입니다. 담금질 시 탄화물 표면층은 인장 응력을 받습니다. 기계 가공 중 탈인층이 완전히 제거되지 않은 부품은 고주파 또는 화염 표면 담금질 시 네트워크 균열이 발생합니다. 이러한 균열을 방지하려면 부품의 표면 품질을 엄격하게 관리하고 열처리 중 산화 용접을 방지해야 합니다. 또한, 단조 금형을 일정 시간 사용한 후, 캐비티 내 스트립 또는 네트워크에서 발생하는 열 피로 균열과 담금질 후 부품의 연삭 과정에서 발생하는 균열이 모두 이러한 형태입니다.
박리 균열은 표면층의 매우 좁은 영역에서 발생합니다. 압축 응력은 축 방향과 접선 방향으로 작용하고 인장 응력은 반경 방향으로 발생합니다. 균열은 부품 표면에 평행합니다. 표면 담금질 및 침탄 후 냉각된 부품의 경화층이 벗겨지는 것도 이러한 균열에 속합니다. 이러한 균열의 발생은 경화층의 불균일한 구조와 관련이 있습니다. 예를 들어, 합금 침탄강을 일정 속도로 냉각한 후, 침탄층의 조직은 다음과 같습니다. 외층은 매우 미세한 펄라이트 + 탄화물이고, 하부층은 마르텐사이트 + 잔류 오스테나이트이며, 내층은 미세한 펄라이트 또는 매우 미세한 펄라이트 조직입니다. 아층 마르텐사이트의 형성 비체적이 가장 크기 때문에 체적 팽창의 결과로 표층에는 축방향 및 접선방향으로 압축 응력이 작용하고 반경방향으로 인장 응력이 발생하며, 내부로 응력 변이가 발생하여 압축 응력 상태로 전이하고 균열이 벗겨지는 현상이 발생합니다. 응력이 급격하게 전이되는 극히 얇은 영역에서 발생합니다. 일반적으로 균열은 표면에 평행하게 내부에 숨어 있으며, 심한 경우 표면 벗겨짐을 일으킬 수 있습니다. 침탄된 부품의 냉각 속도를 가속하거나 감소시키면 침탄층에서 균일한 마르텐사이트 조직 또는 초미세 펄라이트 조직을 얻을 수 있어 이러한 균열의 발생을 방지할 수 있습니다. 또한, 고주파 또는 화염 표면 담금질 중에 표면이 과열되는 경우가 많고 경화층을 따라 구조적 불균일성이 이러한 표면 균열을 쉽게 형성할 수 있습니다.
미세균열은 미세응력에 의해 발생한다는 점에서 앞서 언급한 네 가지 균열과 다릅니다. 고탄소 공구강이나 침탄 가공물의 담금질, 과열 및 연삭 후 발생하는 입계균열과 담금질된 부품의 적시 템퍼링 부족으로 발생하는 균열은 모두 강의 미세균열 발생 및 그에 따른 팽창과 관련이 있습니다.
미세균열은 현미경으로 검사해야 합니다. 미세균열은 일반적으로 원래 오스테나이트 결정립계 또는 마르텐사이트 판의 접합부에서 발생합니다. 일부 균열은 마르텐사이트 판을 관통합니다. 연구에 따르면 미세균열은 편상 쌍정 마르텐사이트에서 더 흔합니다. 그 이유는 편상 마르텐사이트가 고속으로 성장할 때 서로 충돌하여 높은 응력을 발생시키기 때문입니다. 그러나 쌍정 마르텐사이트 자체는 취성이 강하여 소성 변형을 일으키지 못하고 응력을 완화시켜 미세균열을 쉽게 유발합니다. 오스테나이트 결정립은 조대하고 미세균열 발생 가능성이 증가합니다. 강에 미세균열이 발생하면 담금질된 부품의 강도와 소성이 크게 감소하여 부품의 조기 손상(파괴)으로 이어집니다.
고탄소강 부품의 미세균열을 방지하기 위해 담금질 가열 온도를 낮추고, 미세 마르텐사이트 조직을 확보하고, 마르텐사이트의 탄소 함량을 낮추는 등의 조치를 취할 수 있습니다. 또한, 담금질 후 적절한 시기에 템퍼링을 실시하는 것은 내부 응력을 줄이는 효과적인 방법입니다. 실험 결과, 200°C 이상에서 충분한 템퍼링을 실시하면 균열 부위에 석출된 탄화물이 균열을 "용접"하는 효과가 있어 미세균열 발생 위험을 크게 줄일 수 있음이 입증되었습니다.
위는 균열 분포 패턴을 기반으로 균열의 원인과 예방 방법에 대한 논의입니다. 실제 생산에서는 강의 품질, 부품 형상, 열간 및 냉간 가공 기술 등의 요인으로 인해 균열 분포가 달라집니다. 때로는 열처리 전에 이미 균열이 존재하다가 담금질 과정에서 더욱 확대되기도 하며, 때로는 동일한 부품에 여러 형태의 균열이 동시에 발생할 수 있습니다. 이 경우 균열의 형태학적 특성, 파단면의 거시적 분석, 금속 조직 검사, 그리고 필요한 경우 화학 분석 등의 방법을 사용하여 재료 품질, 조직 구조부터 열처리 응력의 원인까지 포괄적으로 분석하여 균열의 주요 원인을 파악하고 효과적인 예방 조치를 결정해야 합니다.
균열의 파괴 해석은 균열의 원인을 분석하는 중요한 방법입니다. 모든 파괴에는 균열의 시작점이 있습니다. 급냉 균열은 일반적으로 방사형 균열의 수렴점에서 시작됩니다.
균열의 원인이 부품 표면에 존재하는 경우, 표면의 과도한 인장 응력으로 인해 균열이 발생했음을 의미합니다. 표면에 개재물과 같은 구조적 결함은 없지만, 심한 칼자국, 산화 스케일, 강재 부품의 날카로운 모서리, 또는 구조적 변형 부품과 같은 응력 집중 요인이 있는 경우 균열이 발생할 수 있습니다.
균열의 원인이 부품 내부에 있는 경우, 재료 결함이나 과도한 내부 잔류 인장 응력과 관련이 있습니다. 일반적인 담금질의 파단면은 회색이며 미세한 자기질입니다. 파단면이 짙은 회색이고 거칠다면, 과열이나 원래 조직이 두꺼워서 발생한 것입니다.
일반적으로 담금질 균열의 유리 부분에는 산화색이 없어야 하며, 균열 주변에는 탈탄이 없어야 합니다. 균열 주변에 탈탄이 있거나 균열 부위에 산화색이 있는 경우, 담금질 전에 이미 균열이 발생했음을 나타내며, 원래 균열은 열처리 응력의 영향으로 확장됩니다. 균열 근처에 편석된 탄화물과 개재물이 있는 경우, 균열은 원료 내 탄화물의 심한 편석 또는 개재물의 존재와 관련이 있음을 의미합니다. 균열이 위의 현상 없이 날카로운 모서리나 형상 변형 부위에만 나타나는 경우, 균열은 부품의 부적합한 구조 설계 또는 균열 방지를 위한 부적절한 조치, 또는 과도한 열처리 응력으로 인해 발생했음을 의미합니다.
또한, 화학 열처리 및 표면 담금질 부위의 균열은 주로 경화층 근처에 발생합니다. 경화층의 구조를 개선하고 열처리 응력을 줄이는 것이 표면 균열을 방지하는 중요한 방법입니다.
게시 시간: 2024년 5월 22일