금속 열처리는 기계 제조에서 중요한 공정 중 하나이다. 열처리는 일반적으로 다른 가공 기술에 비해 가공소재의 모양과 전체 화학 성분을 변경하지 않고 가공소재 내부의 미세 구조를 변경하거나 가공소재 표면의 화학 성분을 변경하여 가공소재의 작업 성능을 부여하거나 개선합니다. 그 특징은 가공소재의 내적 품질을 높이는 것으로, 일반적으로 육안으로는 볼 수 없는 것이 특징이다.
금속 가공소재에 필요한 기계적, 물리적 및 화학적 성능을 제공하려면 재질 및 다양한 성형 공정을 합리적으로 선택하는 것 외에 열처리 공정이 필요한 경우가 많습니다. 강철은 기계 공업에서 가장 광범위하게 응용되는 재료로, 미세 구조가 복잡하여 열처리를 통해 제어할 수 있기 때문에 강철의 열처리는 금속 열처리의 주요 내용이다. 또한 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄 및 그 합금은 열처리를 통해 기계적, 물리적 및 화학적 특성을 변경하여 다양한 성능을 얻을 수 있습니다.
석기시대부터 청동시대와 철기 시대까지 열처리의 역할은 점차 사람들에게 알려지고 있다. 일찍이 기원전 770 년부터 기원전 222 년까지 중국 국민들은 생산 관행에서 구리와 철의 성질이 온도와 압력 변형의 영향으로 변할 수 있다는 것을 발견했다. 백색 주철의 연화 처리는 농기구를 만드는 중요한 절차이다.
기원전 6 세기에는 점차 강철 무기를 채택하였다. 강철의 경도를 높이기 위해 담금질공예가 급속히 발전하였다. 중국 허베이 () 이현 () 연하 () 에서 출토된 두 자루의 검과 한 자루의 지창 () 이 현미조직에 마르텐 사이트가 있어 담금질처리를 거쳤다는 것을 설명한다.
담금질기술이 발달하면서 냉각제가 담금질의 품질에 미치는 영향을 점차 발견하였다. 삼국 시대의 슈만푸원은 일찍이 산시 () 이라는 사곡에서 제갈량 () 을 위해 삼천 칼을 만들었다. 전설에 의하면 그는 사람을 청두로 보내 물을 길어 담금질을 했다고 한다. 이는 중국 고대에 서로 다른 수질의 냉각 능력, 기름과 소변의 냉각 능력도 중시했다는 것을 보여준다. 우리나라에서 출토된 서한 (기원전 206-기원 24 년) 종산 왕정묘의 검, 검심 탄소 함유량은 0. 15-0.4%, 표면 탄소 함유량은 0.6% 이상이며 침탄 기술이 적용되었음을 보여준다. 하지만 당시 개인의' 솜씨' 비밀로 전파를 거부했기 때문에 발전이 더디다.
1863 년 영국의 김상학자와 지질학자들은 현미경으로 강철의 6 가지 다른 김상 조직을 전시해 강철의 내부 구조가 가열과 냉각 시 변하고, 강철의 고온상이 빠른 냉각 시 더 단단한 상으로 변한다는 것을 증명했다. 프랑스인 오스몬드가 세운 철이성체 이론과 영국인 오스틴이 먼저 제정한 철탄소상도는 현대 열처리 기술에 대한 이론적 토대를 마련했다. 이와 함께 금속 열처리 가열 과정에서 금속의 보호 방법을 연구하여 가열 과정에서 금속이 산화되는 것을 방지했다.
1850 부터 1880 까지 수소, 가스, 일산화탄소 등과 같은 다양한 가스 응용에 대한 일련의 특허가 있습니다. ) 보호 가열을 수행합니다. 영국 레이크는 1889 부터 1890 까지 다양한 금속의 밝은 열처리 특허를 획득했습니다.
20 세기 이래로 금속 물리학의 발전과 다른 신기술의 이식과 응용으로 금속 열처리 공정이 크게 발전하였다. 한 가지 눈에 띄는 발전은 190 1 ~ 1925, 산업 생산에서 회전로를 사용하여 가스 침탄을 하는 것이다. 이슬점 전위기는 1930 년대에 나타나 난로 안의 분위기를 탄소로 조절할 수 있게 했다. 이후 이산화탄소 적외선 기기와 산소 프로브를 사용하여 난로 내 분위기의 탄소 잠재력을 더욱 통제할 수 있는 방법을 개발했다. 1960 년대에는 플라즈마 필드가 열처리 기술에 사용되어 이온 질화 및 침탄 공정이 발전했다. 레이저와 전자빔 기술이 응용됨에 따라 금속은 새로운 표면 열처리와 화학 열처리 방법을 얻었다.
바이메탈 열처리 공정
열처리 공정은 일반적으로 난방, 단열 및 냉각의 세 가지 과정으로 구성되며, 때로는 난방 및 냉각의 두 가지 과정만 포함됩니다. 이러한 과정은 상호 연관되어 있으며 중단되지 않습니다.
가열은 열처리의 중요한 단계 중 하나이다. 금속 열처리에는 여러 가지 가열 방법이 있다. 처음에는 숯과 석탄을 열원으로 사용했고, 나중에는 액체와 가스 연료를 적용했다. 전기의 응용은 가열을 쉽게 통제하고 환경오염이 없다. 이러한 열원은 직접 가열하거나 용융 염이나 금속을 통해 떠 있는 입자까지 간접적으로 가열하는 데 사용할 수 있습니다.
금속이 가열될 때 가공소재가 공기에 노출되면 산화 탈탄 (즉, 강철 부품 표면의 탄소 함량이 감소함) 이 발생하여 부품 열처리 후 표면 성능에 매우 불리한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 금속은 일반적으로 제어된 분위기나 보호 분위기, 용융 염, 진공에서 가열해야 하며 코팅이나 포장을 통해 보호할 수 있습니다.
난방 온도는 열처리 프로세스의 중요한 프로세스 매개변수 중 하나이며 난방 온도 선택 및 제어는 열처리 품질을 보장하는 주요 문제입니다. 가열 온도는 보류 중인 금속 재질 및 열처리의 목적에 따라 변경되지만 일반적으로 원하는 구조를 얻기 위해 상전이 온도 이상으로 가열됩니다. 또한 변환에는 시간이 걸리므로 금속 가공소재 표면이 필요한 난방 온도에 도달하면 내부 및 외부 온도가 일치하고 미세 구조가 완전히 전환되도록 이 온도에서 일정 시간을 유지해야 합니다. 이 시간을 보온시간이라고 합니다. 고 에너지 밀도 가열 및 표면 열처리를 사용할 경우 가열 속도가 매우 빠르며, 일반적으로 보온 또는 보온 시간이 짧으며 화학 열처리의 보온 시간은 종종 길다.
냉각도 열처리 과정에서 없어서는 안 될 단계이며, 냉각 방법은 공정에 따라 다르며 주로 냉각 속도를 제어합니다. 일반적으로 퇴화하는 냉각 속도가 가장 느리고, 정화의 냉각 속도가 빠르며, 담금질의 냉각 속도가 비교적 빠르다. 그러나 강종이 다르기 때문에 요구도 다르다. 예를 들어, 공기 경화 강철은 정불과 같은 냉각 속도로 경화될 수 있습니다.
금속 열처리 공정은 대체로 전체 열처리, 표면 열처리, 부분 열처리 및 화학 열처리로 나눌 수 있습니다. 가열 매체, 가열 온도 및 냉각 방법에 따라 각 유형은 여러 가지 열처리 공정으로 나눌 수 있습니다. 같은 금속은 다른 열처리 공정을 통해 다른 조직을 얻을 수 있어 성능이 다르다. 강철은 공업에서 가장 광범위하게 응용되는 금속이며, 그 현미조직도 가장 복잡하기 때문에 강철의 열처리 공정은 여러 가지가 있다.
전체 열처리는 가공소재를 전체적으로 가열한 다음 적절한 속도로 냉각하여 전체 기계적 성능을 변경하는 금속 열처리 공정입니다. 강철의 전체 열처리에는 어닐링, 정화, 불, 불, 템퍼링의 네 가지 기본 과정이 있다.
어닐링은 가공소재를 적절한 온도로 가열하고, 가공소재의 재질 및 크기에 따라 서로 다른 보온 시간을 채택한 다음 천천히 냉각하는 것입니다. 이는 금속 내부 조직이 균형 상태에 도달하거나 근접하도록 하거나, 우수한 프로세스 성능 및 사용 성능을 얻거나, 추가 담금질을 위해 조직을 준비하는 것입니다. 정화는 가공소재를 적절한 온도로 가열한 다음 공기 중에 냉각하는 것이다. 정화의 효과는 어닐링과 비슷하지만, 얻은 조직이 더 가늘어 재료의 절삭 성능을 향상시키는 데 자주 사용되며, 때로는 요구 사항이 높지 않은 부품의 최종 열처리로도 사용됩니다.
담금질은 가공소재를 가열하여 보온한 다음 물, 기름 또는 기타 무기염, 유기수용액 등 담금질매체에서 빠르게 냉각하는 것이다. 담금질을 한 후 강철은 단단해졌지만 동시에 깨지기 쉬워졌다. 강철의 취성을 줄이기 위해 담금질한 강철을 실온보다 높고 710 C 보다 낮은 적절한 온도에서 오래 유지하고 식힌다. 이 과정을 템퍼링이라고합니다. 어닐링, 정화, 불, 화염은 전체 열처리의' 사불' 으로, 그 중 담금질과 템퍼링 관계가 밀접한 관계로 자주 함께 사용되어 없어서는 안 된다.
"4 불" 은 서로 다른 가열 온도와 냉각 방식의 열처리 공정을 진화시켰다. 일정한 강도와 인성을 얻기 위해, 담금질과 고온화화를 결합하는 공정을 조절이라고 한다. 일부 합금은 담금질을 통해 과포화 고용체를 형성한 후 실온이나 약간 높은 온도를 오래 유지하여 합금의 경도, 강도 또는 전자기성을 높인다. 이런 열처리 과정을 시효 처리라고 한다. 압력 가공 변형과 열처리를 효과적이고 긴밀하게 결합하여 가공소재의 좋은 강도와 인성을 얻는 방법을 변형 열처리라고 합니다. 음압 분위기나 진공에서 진행되는 열처리를 진공 열처리라고 하며, 가공소재를 산화하지 않고, 처리되는 가공소재 표면을 깨끗하게 유지하고, 가공소재의 성능을 향상시키고, 화학 열처리를 위해 침투제를 도입할 수 있습니다.
표면 열처리는 기계 성능을 변경하기 위해 가공소재 표면만 가열하는 금속 열처리 프로세스입니다. 과도한 열을 가공소재 내부에 전달하지 않고 가공소재의 표면만 가열하려면 사용된 열원이 높은 에너지 밀도를 가져야 합니다. 즉, 단위 면적당 가공소재에 큰 열을 주어 가공소재의 표면이나 부분이 단시간 내에 또는 순간적으로 고온에 도달할 수 있도록 해야 합니다. 표면 열처리의 주요 방법은 레이저 열처리, 화염 담금질 및 유도 가열 열처리, 일반적으로 사용되는 열원 유산소 아세틸렌 또는 산소 프로판 화염, 감지 전류, 레이저 및 전자빔입니다.
화학 열처리는 가공소재 표면의 화학 성분, 미세 조직 및 성능을 변경함으로써 금속 열처리 공정입니다. 화학 열처리와 표면 열처리의 차이점은 후자가 작업 표면의 화학 성분을 변경한다는 것입니다. 화학 열처리는 탄소, 질소 또는 기타 합금 원소가 들어 있는 매체 (가스, 액체, 고체) 에서 가공소재를 가열하고 장시간 온도를 유지하여 작업 표면에 탄소, 질소, 붕소, 크롬이 스며들게 한다는 것입니다. 원소가 침투한 후, 때때로 담금질, 화화 등 기타 열처리 공정을 해야 한다. 화학 열처리의 주요 방법은 침탄, 질화, 금속화, 복합침탄 등이다.
열처리는 기계 부품 및 금형 제조 과정에서 중요한 절차 중 하나입니다. 일반적으로 내마모성 및 내식성과 같은 가공소재의 다양한 성능을 보장하고 향상시킵니다. 또한 가공물의 조직과 응력 상태를 개선하여 다양한 냉열 가공을 용이하게 할 수 있습니다.
예를 들어, 흰색 주철은 장시간 퇴화하여 가단 주철을 얻고 소성을 높일 수 있습니다. 올바른 열처리 공정을 사용하면 열처리되지 않은 기어보다 기어의 수명이 두 배 또는 수십 배 증가할 수 있습니다. 또한 값싼 탄소강은 일부 합금 원소에 침투하여 값비싼 합금강의 일부 성능을 갖추고 있어 내열강과 스테인리스강을 대체할 수 있습니다. 거의 모든 공구와 금형은 사용하기 전에 열처리가 필요하다.
세 가지 강철의 분류
강철은 철과 탄소를 주성분으로 하는 합금으로, 일반적으로 탄소 함량은 2. 1 1% 미만이다. 강철은 경제 건설에서 매우 중요한 금속 재료이다. 강철은 화학 성분에 따라 탄소강과 합금강으로 나뉜다. 탄소강은 선철을 정련하여 얻은 합금이다. 철과 탄소 외에 소량의 망간, 실리콘, 황, 인 등의 불순물도 함유되어 있다. 탄소강은 일정한 기계적 성능을 가지고 있으며, 공예 성능이 좋고, 가격이 낮다. 따라서 탄소강은 널리 사용되고 있다. 하지만 현대공업과 과학기술이 급속히 발전하면서 탄소강의 성능이 더 이상 수요를 완전히 충족시킬 수 없게 되면서 사람들은 각종 합금강을 개발했다. 합금강은 탄소강을 기준으로 일부 요소 (합금 원소라고 함) 를 의도적으로 추가하여 얻은 다원합금입니다. 탄소강에 비해 합금강의 성능이 현저히 향상되어 광범위하게 응용되었다.
강재 품종이 다양하기 때문에 반드시 강재를 분류하여 생산, 저장, 선택 및 연구를 용이하게 해야 한다. 강철의 용도, 화학 성분 및 품질에 따라 강철은 여러 종류로 나눌 수 있습니다.