경화능 질량효과 인자 측정방법 마텐사이트 경도 U곡선 잔류오스테나이트 심랭처리 금속재료기술사 서브노트

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경화능, 질량효과, 마텐사이트, U곡선, 잔류오스테나이트, 심랭처리

위 단어 중 한가지만 금속재료기술사 문제에 나오더라도 줄줄이 굴비가 엮이듯이 엮어서 답안이 작성되어야 할 열처리 분야의 아주 중요하고 빈출되는 금속재료기술사 문제로 서브노트로 잘 정리해 두어야 하겠다.

 

I. 경화능과 질량효과

1. 경화능이란 금속재료가 담금질 처리 시 마텐사이트 조직으로 변하기 쉽고 어려운 정도로 재료 내/외부의 경화가 잘 되는 정도를 나타낸다.

2. 일반적인 탄소강은 경화능이 나쁘다. 그리하여 담금질 처리 시간이 조금만 늦어져도 담금질 처리가 잘 되지 않는다.

3. 반면에 합금강의 경우에는 경화능이 좋아 담금질 처리에 다소 시간이 소요되더라도 100% 마텐사이트가 이뤄지는 것을 볼 수 있다.

4. 이러한 재료의 경화능은 그 재료의 TTT곡선과 S곡선으로 쉽게 확인할 수 있으며 탄소강에 비해 합금강의 S곡선의 Nose가 시간 그래프에서 오른쪽으로 형성된 것을 확인할 수 있다.

5. 담금질 처리시 마텐사이트 변태가 완료되는 시간의 차가 표면과 내부 사이에 발생하여 표면의 경도와 내부의 경도가 달라지는 질량효과가 나타난다.

6. 이에 재료 중심에서의 거리에 따라 경도 변화는 U곡선을 이루게 된다.
(직경이 클수록 내부에 많은 열을 가지고 있으므로 천천히 냉각)

7. 질량효과는 재료의 경화능과 재료의 크기, 형상에 따라 다르게 나타나므로 제품의 담금질 처리 시 고려하여야 할 중요한 설계 인자이다.

8. 질량효과 : 담금질하였을 때 강의 질량(크기)에 따라 조직과 기계적 성질이 변하는 현상

공석강 TTT곡선 : 신금속재료학

합금원소에 따른 TTT곡선의 변화 : 신금속재료학

U곡선

II. 경화능에 영향을 미치는 인자

1. 경화능에 따른 100% 마텐사이트 변태에 영향을 미치는 인자로는,

 1) 열처리 온도, 냉각온도
 2) 냉각방법 : 공냉, 유냉, 수냉 냉각능에 따라 재료의 냉각속도 차이가 발생
 3) 잔류오스테나이트 존재 여부
 4) 심랭처리 적용
 5) Ni, Cr, Mo 등 합금 원소 첨가 여부
 6) 제품 형상 및 크기
 7) 냉각속도 : 꼭지점 > 모서리 > 면

냉각방법에 따른 냉각속도

III. 경화능을 측정하는 방법

1. 경화능을 측정하는 가장 대표적인 방법은 죠미니 시험이다.

2. 화학성분으로 구한 경화능 곡선 : 이상임계직경법

3. 경화능이 낮은 강에 적용하는 SAC법

4. CCT 곡선에 의한 방법 : 냉각속도에서 생성되는 조직으로 결정

5. 담금질성 곡선에 의한 방법 : 담금질성이 경화능을 좌우한다.

죠미니 시험 : 신금속재료학

마텐사이트 변태시 경도가 증가하는 이유

1. 고온의 오스테나이트가 냉각되어 상온에서 안정한 상태로 되려면 원칙적으로 페라이트 조직으로 되어야 한다.

2. 담금질 열처리의 경우 오스테나이트 상태까지 가열한 강을 급냉하면 이러한 변태가 일어날 시간이 없이 Ms 온도에서 무리하게 마텐사이트가 형성된다.

3. 이때 탄소는 확산(이동)할만한 힘(에너지)이 없으므로 마텐사이트 결정격자 속에서 철원자 사이의 c축에 남아 있게 되며, c축의 길이가 그만큼 길어지게 된다.
즉, 탄소원자가 차지할 수 있는 격자 틈자리는 오스테나이트(ϒ철)보다는 페라이트(α철)가 더 작기 때문에 격자가 팽창될 수밖에 없다.

4. 이때 야기되는 결정격자의 왜곡과 응력 때문에 강의 경도가 증가되어 경화되는 것이다.
마텐사이트 변태량은 온도에 비례한다.

 

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