탄소구조강을 담금질하는 목적은 무엇입니까?

탄소구조강을 담금질하는 목적은 무엇입니까?
탄소 구조강의 담금질 공정에는 강을 오스테나이트화 온도(일반적으로 Ac3보다 30{3}50도 높으며, 아공석강의 경우 완전한 오스테나이트화가 필요함)로 가열하고, 미세 구조가 오스테나이트로 완전히 변태될 수 있도록 일정 시간 동안 이 온도에서 강을 유지한 다음 물이나 오일과 같은 냉각 매체에서 급속 냉각하는 과정이 포함됩니다. 핵심 목적은 특히 강도 및 경도 요구 사항에 대해 강철의 내부 미세 구조(오스테나이트를 마르텐사이트 또는 베이나이트와 같은 비평형 구조로 변환)를 변경하여 기계적 특성을 "획기적으로" 향상시키는 것입니다. 이 프로세스는 다음 네 가지 핵심 목표로 분류될 수 있습니다.
1. 강철의 경도와 내마모성을 대폭 향상시킵니다.
탄소 구조강(예: 펄라이트 + 페라이트)의 평형 미세 구조는 상대적으로 경도가 낮습니다(예: Q235 강의 열간 압연 경도는 약 HB150-180이고 45 강의 경도는 약 HB170-210입니다). 이로 인해 마모 및 긁힘 방지가 필요한 응용 분야(예: 기계 부품 및 도구 가장자리의 내마모성 표면)에 적합하지 않습니다. 담금질하는 동안 오스테나이트는 빠르게 냉각됩니다(냉각 속도는 "임계 냉각 속도"를 초과해야 함). 원자는 확산되어 평형 펄라이트를 형성할 시간이 없으며 대신 마르텐사이트를 형성해야 합니다. 마르텐사이트는 상당한 격자 왜곡과 수많은 내부 전위를 갖는 -Fe 탄소의 과포화 고용체입니다. 이는 경도를 크게 증가시킵니다.
중-탄소 구조강(예: 45강)은 담금질 후 HRC55{3}}60의 경도에 도달할 수 있으며 이는 열간압연강의 경도를 훨씬 초과합니다.
고-탄소 구조강(예: 65강)은 담금질 후 HRC60-65의 경도에 도달하여 일반 공구강 수준에 근접합니다.
이러한 높은 경도는 부품의 내마모성을 효과적으로 향상시키고 사용 중 마모를 줄입니다(예: 공작 기계 가이드웨이 및 기어 톱니 측면 담금질).
2. 강철 강도 및 변형 저항을 대폭 향상시킵니다.
담금질은 경도 외에도 탄소 구조강의 인장 강도, 항복 강도 및 변형 저항을 크게 증가시킵니다. 평형조직의 페라이트는 소성이 높으나 강도가 낮은 반면, 펄라이트는 강도가 중간 정도이다. 그러나 마르텐사이트는 격자 뒤틀림과 전위 강화로 인해 강도가 50~100% 증가할 수 있습니다.
예를 들어, 45 강철은 열간 압연 인장 강도가 약 600MPa-입니다. 담금질(템퍼링 없음) 후 인장 강도는 1000MPa 이상으로 증가하고 항복 강도는 355MPa에서 800MPa 이상으로 증가합니다.
하중을 견디거나, 충격에 저항하거나, 변형에 저항하는 부품(예: 샤프트, 커넥팅 로드, 볼트)의 경우 담금질 후 높은 강도를 통해 부품이 복잡한 작동 조건에서 변형되거나 파손되지 않도록 하여 구조적 하중-지탱 요구 사항. 3.을 충족합니다. 후속 '템퍼링' 공정의 기반을 마련하여 '강도- 인성을 달성합니다. 균형."
탄소 구조용 강은 담금질 후 극도로 높은 경도와 강도를 달성하지만 마르텐사이트 구조의 높은 내부 응력, 열악한 연성, 극도로 낮은 인성(취성 파괴되기 쉽고 일반적으로 충격 에너지 흡수가 5{4}}10J에 불과함)이라는 심각한 단점이 있습니다. 직접 사용하면 사소한 충격이나 응력 집중으로 인해 쉽게 고장이 발생할 수 있습니다. 따라서 담금질은 "최종 열처리"로 사용되는 경우가 거의 없으며 오히려 템퍼링 공정의 전 단계로 사용됩니다. 핵심 기능은 후속 성능 조정을 위해 "고-경도, 고강도 기초 구조"를 제공하는 것입니다.
다양한 온도에서 후속 템퍼링(저-온도 템퍼링 150-250도, 중간-온도 템퍼링 350~500도, 고온 템퍼링 500~650도)은 담금질 강도를 대부분 유지하면서 내부 마르텐사이트 응력을 제거하고 인성을 향상시킬 수 있습니다.
예를 들어, 45강의 담금질 및 고온 템퍼링(담금질 및 템퍼링) 후 경도는 HRC 28-32로 감소하는 반면 인장 강도는 800 MPa 이상으로 유지되고 충격 에너지 흡수는 50J 이상으로 증가합니다. 이는 "고강도와 고인성"의 이상적인 균형을 달성하여 기계 제조에서 가장 일반적으로 사용되는 포괄적인 성능 최적화 솔루션이 됩니다.. 4. 국부 성능 개선 및 "국부 강화" 요구 사항 충족
일부 탄소 구조강 부품은 전반적인 취성을 방지하기 위해 전반적인 고강도가 필요하지 않으며 중요한 작업 영역(예: 마모 표면 및 집중 응력 영역)만 강화하면 됩니다. 이러한 경우 담금질은 "국소 가열 + 국부 냉각" 접근 방식을 통해 "국소 성능 개선"을 달성할 수 있습니다.
예를 들어, 공작 기계 가이드 레일은 표면 마모 저항성(높은 경도)이 필요하지만 가이드 레일 매트릭스는 인성을 유지해야 합니다(충격 파손 방지). 이는 "유도 가열 표면 담금질"을 통해 달성할 수 있습니다. 여기에는 가이드 레일 표면만 가열하여 오스테나이트화하고 급속 냉각하여 매트릭스의 원래 평형 구조(인성을 유지)를 유지하면서 표면에 담금질된 마르텐사이트(경도 HRC 50-55)를 형성하는 작업이 포함됩니다.
또 다른 예로, 볼트의 머리 부분이나 나사산 부분에는 전단 및 내마모성이 필요합니다. 국부 담금질은 전반적인 취성을 방지하고 부품 고장 위험을 줄이면서 중요한 성능을 달성할 수 있습니다.