금속재료 기출 - 심랭처리(sub-zero)

금속재료 기능장, 금속재료 산업기사 기출 - 심랭처리

심랭처리란?

0℃이하의 온도, 즉 심랭(sub-zero)온도에서 냉각시키는 조작을 심랭 처리라고 한다.

심랭처리의 목적

경화된 강의 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화 시키는 것으로서 공구강의 경도증가 및 성능향상을 기할 수 있다
또한, 게이지와 베어링등 정밀 기게부품의 조직을 안정시키고 시효에의한 형성과 치수 변화를 방지할수 있으며 특수침탄용강의 침탄부분을 완전히 마텐자이트화로 변화시켜 표면을 경화시키고, 스테인리스강에는 우수한 기게적 성질을 부여한다.

심랭처리의 방법

냉매로는 드라이아이스 + 알코올 (-78℃), 액체질소 (-196℃)를 쓰며
담금질 직후 뜨임을 하기전 실시한다.
처리온도는 60-80℃로 유지시간은 25mm당 30분의 비율로 한다.
승온시 공기중 방치해도 되나 수중, 탕중투입등의 서브제로 급열을 하면 잔류응력이 해소되어 서브제로 균열의 방지도 된다.

출처 : 한국산업인력공단 열처리 교재

잔류 오스테나이트의 안정화

수중 및 유중에 담금질한 강을 그상태에서 상온에 방치하거나,

담금질에 의해 발생한 잔류응력을 제거 하기위해 템퍼링 후 심랭처리를 하면 그 효과가 감소된다.

잔류 오스테나이트는 시효(aging)또는 템퍼링에 의하여 마텐자이트화 하기가 어려우며 이 현상을 오스테나이트의 안정화라고 한다. 이 현상은 강에 있어 공통적인 특징이며 특히 고속도강, 베어링강, Ni강에 현저히 나타난다.

심랭처리의 효과

일반적으로 담금질한 강은 내부응력 및 조직 변화등에 의하여 시간의 경과에 따라 팽창과 수축을 일으키고,

그때문에 형상 및 치수가 설계한바와 다르게 된다. 게이지, 베어링강의 경우 치수의 정밀도가 요구되고 시효변형이 적은것이 요구된다.

기존엔 재료의 팽창 수축을 방지하기 위하여 장시간의 시효가 필요했으며, 짧은 시간에 목적을 이루고자 120℃에서 25시간이상 가열하거나, 100-150℃의 온도와 -20-40℃의 온도사이를 가열ㅇ 및 냉각을 반복하여 주는 방법이 시행되었다.

시효로 인해 변형된 성질

시효변형은 템퍼링 온도가 높을수록 적어진다.

저온에서 장시간 템퍼링 하는 것이 고온에서 잠깐 템퍼링 한 것보다 시효 변형이 적다.

Cr, W, Mn 등을 첨가한 강은 시효변형의 양이 적다 .

150℃이하의 템퍼링 온도에서 템퍼링 전에 심랭처리를 할때에는 하지 않은것보다 수축 온도가 크다.

심랭처리시 생기는 결함과 대책

결함

심랭처리는 담금질 직후에 하는 것이 원칙이나 직후에 하게 되면 담금질에 의한 균열과 같은 서브제로균열이 발생된다. 특히 소형부분은 균열이 적지만 살이 두꺼운 대형부품에는 생기기 쉽다.

방지대책

담금질 직후 심랭처리를 하지 않고 100℃의 끓는 물에서 약 1시간 정도의 뜨임을 하여 담금질 응력을 25%정도 줄일수 있다. 200℃에서의 뜨임처리는 약 50%의 응력감소 효과를 볼수 있다.

다른 방지책으로는 심랭온도에서 공랭시키는 것이 아닌 물 또는 탕속에 투입하여 업-힐(up-hill) 담금질 방법이 있다.

탈탄층이 있으면 탈탄층을 제거하고 심랭처리 하는 겄도 방지책이 될수 있다.

담금질 경도 측정한 압흔에 응력이 집중되어 서브제로 균열을 야기할수 있으므로 경도 측정을 한후 100℃ 저온 뜨임후 심랭처리해야한다.

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