표면 경화법

 

기계재료 핵심요약 - 표면 경화 법

 

 

 

 

표면경화 법

표면 경화법의 종류		침탄 재료
화염 경화법		산소 - 아세틸렌불꽃
고주파 경화법		고주파 유도전류
질화법		암모니아가스
방전경화법		불꽃방전
침탄법	고체 침탄법	목탄, 코크스, 골탄
	액체 침탄법	KCN(사이안화칼륨) NaCN(사이안화나트륨)
	가스 침탄법	메탄, 에탄, 프로판
금속 침투법	세라다이징	아연(Zn)
	칼로라이징	알루미늄(Al)
	크로마이징	크롬(Cr)
	실리코나이징	규소(Si)
	보로나이징	붕소(B)

 

 

 

표면경화법의 성질에 따른 분류
물리적 표면경화법	화학적 표면경화법
- 화염 경화법 - 고주파 경화법 - 하드페이싱 - 숏피닝	- 침탄법 - 질화법 - 금속침투법

 

 

 

침탄 법과 질화 법 비교

특 성	침 탄 법	질 화 법
경도	질화법보다 낮다.	침탄법보다 높다.
수정 여부	침탄 후 수정 가능	불가
처리 시간	짧다.	길다.
열처리	침탄 후 열처리 필요	불필요
변형	경화에 의한 변형이 생김	경화 후 변형이 적음
취성	질화층보다 여리지 않음	질화층부가 여림

 

 

침탄법의 정의

금속 표면의 화학 성분을 C(탄소) 원소 확산에 의해 변형시켜 경화층을 생성하는 방법

 

침탄법의 특징

- 표면경화 시간이 짧다. - 침탄 후 수정이 가능하다. - 경화에 의해 변형이 생긴다. - 침탄 후 열처리가 필요하다. - 고체침탄법과 기체 침탄법, 액체 침탄법이 있다.

 

 

침탄 법의 종류

액체 침탄법	- 침탄제인 NaCN, KCN에 염화물과 탄화염을 40~50% 첨가하고 600~900℃에서 용해하여 C와 N가 동시에 소재의 표면에 침투하게 하여 표면을 경화시키는 방법으로써 침탄과 질화가 동시에 된다는 특징이 있다. - 침탄제의 종류 : NaCN(사이안화 나트륨), KCN(사이안화 칼륨)

고체 침탄법	- 침탄제인 목탄이나 코크스 분말과 소금 등의 침탄 촉진제를 재료와 함께 침탄 상자에서 약 900℃의 온도에서 약 3~4시간 가열하여 표면에서 0.5mm~2mm의 침탄층을 얻는 표면경화법이다.

가스 침탄법	메탄가스나 프로판가스를 이용하여 표면을 침탄하는 표면경화법

 

 

질화법	높은 표면의 경도를 얻기 위해 암모니아(NH3)가스를 이용하여 약 500℃에서 50~100시간 가열하면 Al, Cr, Mo 등이 질화되며 불필요한 부분은 Ni이나 Sn으로 도금하여 질화를 방지한다.

 

가스 질화법

재료의 표면경도를 향상시키기 위해 실시하는 방법으로 재료 주변에서 암모니아(NH3)가스를 약 500에서 50~100시간 가열하면 재료의 표면의 Al, Cr, Mo 등의 원소가 질화되면서 표면이 단단해지는 표면경화법이다.   이 과정에서 질화효과를 크게 하는 원소는 Al(알루미늄), Cr,(크롬), Mo(몰리브덴)이다.

 

 

기타 표면경화법

- 하드페이싱 : 금속 표면에 스텔라이트나 경합금 등의 금속을 융착시켜 표면 경화층을 만드는 방법 - 숏피닝 : 강이나 주철제의 작은 강구(볼)를 고속으로 표면층에 분사하여 표면층을 가공 경화시켜 경화하는 방법이다.

 

화염 경화법	산소-아세틸렌가스 불꽃으로 강의 표면을 급격히 가열한 후 물을 분사시켜 급랭시킴으로써 표면을 경화시키는 방법

화염경화법의 특징

- 설비비가 저렴하다. - 가열온도의 조절이 어렵다. - 부품의 크기와 형상은 무관하다.

 

 

피닝	- 강구를 모재의 표면에 지속적으로 충격을 가해줌으로써 재료 내부에 있는 잔류응력을 완화시키는 기계적인 열처리법이다.

샌드블라스트	- 분사 가공의 일종으로 직경이 작은 구를 압축 공기로 분사시키거나, 중력으로 낙하시켜 소재의 표면을 연마작업이나 녹 제거 등의 가공을 하는 방법이다.

 

 

금속 침투법	- 경화하고자 하는 재료의 표면을 가열한 후 여기에 다른 종류의 금속을 확산 작용으로 부착시켜 합금 피복층을 얻는 표면경화법이다.

 

 

 

고주파 경화법 (고주파 열처리)	고주파 유도 전류에 의해서 강 부품의 표면층만을 급가열한 후 급랭시키는 표면경화법이다. 높은 주파수는 소형품이나 얕은 담금질 층, 낮은 주파수는 대형품이나 깊은 담금질 층을 얻고자 할 때 사용한다.

고주파경화법의 특징

- 작업비가 싸다. - 직접 가열로 열효율이 높다. - 열처리 후 연삭과정을 생략할 수 있다. - 조작이 간단하여 열처리 시간이 단축된다. - 불량이 적고 변형 보정을 필요로 하지 않는다. - 급열이나 급랭으로 인해 재료가 변형될 수 있다. - 경화층이 이탈되거나 담금질 균열이 생기기 쉽다. - 가열 시간이 짧아서 산화 및 탈탄의 우려가 적다. - 마텐자이트 생성으로 체적이 변화하여 내부응력이 발생한다. - 부분 담금질이 가능하므로 필요한 깊이만큼 균일하게 경화가 가능하다.

 

 

 

 

 

 

핵심문제

 

01. 강의 표면경화 법에 해당하지 않는 것은? [2010년 5회 - 기출]

① 질화 법

② 침탄 법

③ 항온 풀림

④ 시멘테이션

 

 

정답 : ③

 

 

01 - 해설.

- 항온 풀림이란 재료 내부의 응력을 제거하여 조직을 균일화하고 인성을 향상하기 위한 열처리 조작으로 가열한 재료를 연속적으로 냉각하지 않고 약 500~600℃의 염욕 중에서 냉각하여 일정 시간 동안 유지시킨 뒤 냉각시키는 방법으로 표면경화 법에 속하지 않는다.

 

 

 

 

 

 

02. 열처리방법 중에서 표면경화법에 속하지 않는 것은? [2013년 1회 - 기출]

① 침탄 법

② 질화 법

③ 고주 파경 화법

④ 항온 열처리법

 

 

정답 : ④

 

 

02 - 해설.

- 항온 열처리법이란 변태점 이상으로 가열한 재료를 연속 냉각하지 않고 500~~600℃의 온도인 염욕 중에서 냉각하여 일정한 시간 동안 유지한 뒤 냉각시켜 담금질과 뜨임 처리를 동시에 하여 원하는 조직과 경도 값을 얻는 열처리법이다.

그 종류에는 항온 풀림, 항온 담금질, 항온 뜨임이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

항온 열처리

항온 열처리의 정의

항온열처리법이란 변태점 이상으로 가열한 재료를 연속 냉각하지 않고 500~~600℃의 온도인 염욕 중에서 냉각하여 일정한 시간 동안 유지한 뒤 냉각시켜 담금질과 뜨임처리를 동시에 하여 원하는 조직과 경도값을 얻는 열처리법이다.  그 종류에는 항온풀림, 항온담금질, 항온뜨임이 있다.

 

 

항온 열처리의 종류

 

항온풀림	재료의 내부응력을 제거하여 조직을 균일화하고 인성을 향상시키기 위한 열처리 조작으로 가열한 재료를 연속적으로 냉각하지 않고 약 500~600℃의 염욕 중에 냉각하여 일정시간 동안 유지시킨 뒤 냉각시키는 방법

항온뜨임	약 250℃의 열욕에서 일정시간을 유지시킨 후 공랭하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합된 조직을 얻는 열처리법. 고속도강이나 다이스강을 뜨임처리하고자 할 때 사용한다.

항온 담금질	오스템퍼링	강을 오스테나이트 상태로 가열한 후 300~350℃의 온도에서 담금질을 하여 하부 베이나이트 조직으로 변태시킨 후 공랭하는 방법. 강인한 베이나이트 조직을 얻고자 할 때 사용한다.
	마템퍼링	강을 Ms점과 Mf점 사이에서 항온 유지 후 꺼내어 공기 중에서 냉각하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합 조직을 얻는 방법 - Ms : 마텐자이트 생성 시작점 - Mf : 마텐자이트 생성 종료점
	마퀜칭	강을 오스테나이트 상태로 가열한 후 Ms점 바로 위에서 기름이나 염욕에 담그는 열욕에서 담금질하여 재료의 내부 및 외부가 같은 온도가 될 때까지 항온을 유지한 후 공랭하여 열처리하는 방법으로 균열이 없는 마텐자이트 조직을 얻을 때 사용한다.
	오스포밍	가공과 열처리를 동시에 하는 방법으로 조밀하고 기계적 성질이 좋은 마텐자이트를 얻고자 할 때 사용된다.
	MS퀜칭	강을 Ms점보다 다소 낮은 온도에서 담금질하여 물이나 기름 중에서 급랭시키는 열처리 방법으로 잔류 오스테나이트의 양이 적다.

 

 

 

 

핵심문제

 

03. 항온열처리 방법에 포함되지 않는 것은? [2011년 2회 - 기출]

① 오스 템퍼

② 사이안화 법

③. 마퀜칭

④ 마 템퍼

 

 

정답 : ②

 

 

03 - 해설.

- 항온 열처리 방법에는 항온 풀림, 항온 뜨임, 항온 담금질(오스 템퍼, 마 템퍼, 마퀜칭, 오스 포밍, MS퀜칭)이 있다.

 

 

 

 

기계재료가 마무리되었습니다.

지금까지 꾸준하게 잘 따라오신 분들에게 큰 박수를 드립니다.

기계재료는 암기과목이라 다들 꺼려하지만 조금만 이해를 하면 남들보다는 시험에서 4~5개는 더 맞추지 않을까요?^^

 

다음 포스팅은 기계요소 설계로 시작하겠습니다.

고생 많으셨습니다.