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안녕하세요! 공돌이 인생무상입니다!
다들 잘 지내고 계신가요? 저는 지금도 열심히 공부중입니다...
이번 포스팅은 강의 열처리 중 불림(Normalizing, 소준) 이라는 과정에 대해서 알아보도록 합시다.
불림은 그렇게 어려운 열처리가 아니니까 간단하게 마무리하도록 하겠습니다.
불림(Normalizing, 소준) 열처리
불림 열처리는 A3선 또는 Acm선 온도보다 약 30~60도 (온도는 서적이나 영상등 기록에 따라 다 다르나 보통 저 범위내에 들어갑니다.) 더 가열한 후 공기 중에 냉각시키는 열처리 방법입니다. 즉, 오스테나이트 조직을 공냉시켜 서서히 냉각시킨 후 초석 펄라이트와 페라이트 조직 또는 초석 시멘타이트와 펄라이트 혼합 조직으로 바꿔버리는 것이죠. 이렇게 공냉을 시키면 어떤 좋은 점이 발생할까요?
위 사진과 같이 강의 결정 조직이 작아지게 됩니다. 커졌던 조직이 작아지면 어떤 좋은 점이 발생할까요?
결정 조직의 크기가 작아진다면 기계적 성질 (강도, 인성, 연성)이 개선되고 동시에 잔류응력을 제거할 수 있습니다. 다만 중탄소강 및 합금강에서 많이 사용하며 이들 강재의 담금 및 뜨임 (QT)열처리 대용으로도 활용할 수 있지요.
보기좋게 이 내용을 정리한다면 다음 5가지로 요약 가능합니다.
(1) 열간 가공 시 커져버린 강의 결정을 미세화시키고 내부 응력을 제거할 수 있음.
(2) 저탄소강을 불림하면 절삭성을 개선시킬 수 있음.
(3) 탄소가 0.77% 이상인 경우 결정립 경계에서 그물망 모양으로 석출되는 탄화물을 제거해 결정립 내의 펄라이트 층 간격을 작게하고 구상화처리하여 균일한 탄화물을 생성하기 쉽게 하도록 함.
(4) 고주파 가열 및 화염 가열 같은 표면 열처리 시 급속 가열되는 표면이 오스테나이트화가 쉽게 되도록 표면의 결정립을 미세하고 균일하게 함. 이렇게하면 표면의 경도가 높아지기도 함과 동시에 균일하게 높아질 수 있음.
(5)중탄소강 (보통 0.3~0.5% 탄소 함유량을 가진 강) 및 저합금강은 담금과 뜨임 열처리 대용으로 활용
그리고 불림을 하였을 경우 물성치가 변한다고 했잖아요?
물성치 중 인장강도, 항복강도, 연신율이 변하기는 합니다. 보여드리려고 하는 자료를 보시면 안하는 것 보다 하는게 더 나을 수 있다는 것을 알 수 있습니다.
이 자료는 불림 열처리를 한 것과 안한 샘플의 인장강도 차이를 보여주는 자료입니다.
이 자료는 불림 열처리를 하면 항복강도와 연신율이 얼마나 향상되는지 보여주는 자료입니다.
소재로 쓰인 강재는 AISI 441로 탄소 함량이 적은 저탄소강입니다. (C 0.022%)
불림 열처리 방법
1. 보통 불림 방법
이 방법은 대기중에 공냉하는 방법입니다. 주의할 것은 바람 부는 곳이나 양지 바른 곳 등 장소에 따라, 그리고 여름이냐 겨울이냐와 같이 바깥 기온에 따라 냉각속도가 달라지게 되며 냉각속도가 달라지면 불림 열처리 효과에 영향을 미치게 되므로 주의가 필요합니다.
2. 2단 불림
이 방법은 550도 까지 공냉 후 그 이후에는 다른 곳에서 서서히 냉각시키는 방법입니다. 이렇게 하면 구조용 강 (중탄소강, 0.3~0.5%)은 초석 페라이트가 펄라이트 조직으로 변하면서 강인성이 향상되는 것을 기대할 수 있습니다
3. 등온 불림
이 방법은 위에서 이야기했던 가열온도 (A3 또는 Acm 선보다 30~60도 더 가열한 상태의 온도)에서 등온 변태 곡선 코의 온도 부근인 550도 부근에서 등온 변태 시킨 후 상온까지 공냉하는 방법입니다. 그러니까, 550도까지 냉각후 여기서 온도를 유지한다는 거죠. 550도를 유지하는 이유는 이 온도로 5~7분 등온 상태 유지 후 베이나이트라고 하는 조직을 얻기 위해서 인것 같습니다. 베이나이트 조직이 되면 마텐사이트 조직과 달리 경도가 낮아지긴 하지만 그 만큼 인성이 늘어나고 강도도 적당해지기 때문이죠. 또한 저탄소 합금강의 경우 절삭성이 향상되기도 합니다.
4. 2중 불림
930도 온도까지 가열 후 공냉을 시킨 후 820도 온도로 한 번 더 가열 후 공냉시키는 방법입니다. 이 방법으로는 미세화된 펄라이트 조직을 얻을 수 있으며 차축재와 저온용 저탄소강 강인화에 주로 이 방법을 활용합니다.
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