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. 그것의 특징은 가공소재의 내적 품질을 높이는 것으로, 일반적으로 육안으로는 볼 수 없다.
금속 가공소재에 필요한 기계적, 물리적 및 화학적 성능을 제공하려면 재질 및 다양한 성형 공정을 합리적으로 선택하는 것 외에도 열처리가 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 얻을 수 있습니다.
석기시대부터 청동시대와 철기 시대까지 열처리의 역할은 점차 사람들에게 알려지고 있다. 일찍이 기원전 770 년부터 기원전 222 년까지 우리나라는 이미 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 자루는 현미조직에 모두 마르텐 사이트가 있는데, 이는 담금질한 것을 나타낸다.
담금질기술이 발달하면서 냉각제가 담금질의 품질에 미치는 영향을 점차 발견하였다. 삼국 시대의 슈만푸원은 일찍이 산시 사곡에서 제갈량을 위해 삼천 자루의 칼을 만들었다. 듣자하니 그는 사람을 청두에 보내 물을 얻어 담금질을 했다고 한다. 이는 중국이 고대에 서로 다른 수질의 냉각 능력을 알아차렸고 기름과 소변의 냉각 능력도 알아차렸다는 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' 의 비밀로 유포를 거부했기 때문에 발전이 매우 느리다.
1863 년 영국의 김상학자와 지질학자들은 현미경으로 강철의 6 가지 다른 김상 조직을 전시해 강철이 가열과 냉각될 때 내부 구조가 변하고 강철의 고온상이 빠르게 냉각될 때 경질상으로 변한다는 것을 증명했다. 프랑스인 오스몬드가 세운 철류상 이론과 영국인 오스틴이 먼저 제정한 철탄소상도는 현대 열처리 기술에 대한 이론적 토대를 마련했다.
1850 ~ 1880 기간 동안 수소, 가스, 일산화탄소 등 다양한 가스 응용에 관한 일련의 특허가 있었다. ) 보호 가열을 수행합니다. 1889 ~ 1890 년 영국 레이크는 다양한 금속 광택 열처리 특허를 획득했습니다.
20 세기 이래로 금속 물리학의 발전과 기타 신기술의 이식으로 금속 열처리 공정이 크게 발전하였다. 한 가지 중요한 발전은 190 1 부터 1925 까지 산업 생산에서 가스 침탄에 사용되는 회전로입니다. 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.
가열은 열처리의 중요한 단계 중 하나이다. 금속 열처리에는 여러 가지 가열 방법이 있다. 처음에 숯과 석탄을 열원으로 사용했고, 나중에는 액체와 가스 연료를 사용했다. 전기의 응용은 가열을 쉽게 통제할 수 있게 하고 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 함유량 감소) 이 발생하여 부품 열처리 후 표면 성능에 매우 불리한 영향을 미치는 경우가 많습니다. 따라서 금속은 일반적으로 제어된 분위기나 보호 분위기, 용융 염, 진공에서 가열해야 하며 코팅이나 포장을 통해 보호할 수 있습니다.
가열 온도는 열처리 공정의 중요한 공정 매개변수 중 하나입니다. 난방 온도를 선택하고 제어하는 것은 열처리 품질을 보장하는 주요 문제이다. 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 원하는 난방 온도에 도달하면 내부 및 외부 온도를 일관되게 유지하기 위해 이 온도에서 일정 시간을 유지해야 합니다. 고 에너지 밀도 가열 및 표면 열처리를 사용할 경우 가열 속도가 매우 빠르며 일반적으로 보온 또는 보온 시간이 짧으며 화학 열처리는 시간이 오래 걸리는 경우가 많습니다.
냉각도 열처리 과정에서 없어서는 안 될 단계이다. 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 강철마다 요구 사항이 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 열처리 등으로 나눌 수 있습니다. 가열 매체, 가열 온도 및 냉각 방법에 따라 각 유형은 여러 가지 열처리 공정으로 나눌 수 있습니다. 서로 다른 열처리 공정을 사용하면 동일한 금속이 서로 다른 구조를 얻을 수 있어 성능이 달라집니다. 강철은 공업에서 가장 광범위하게 응용되는 금속이며, 그 현미조직도 가장 복잡하기 때문에 강철의 열처리 공정은 여러 가지가 있다.
전체 열처리는 전체 가공소재를 가열한 다음 적절한 속도로 냉각하여 전체 기계적 성능을 변경하는 금속 열처리 공정입니다. 강철의 전체 열처리에는 네 가지 기본 공예가 있다: 어닐링, 정화, 담금질, 템퍼링.
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 조직은 더 작으며, 종종 재질의 절삭 성능을 향상시키는 데 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, 강철 부품은 굳어지지만 동시에 바삭해진다. 강철의 취성을 줄이기 위해 담금질한 강철은 실온보다 높지만 710 C 보다 낮은 적정 온도에서 장시간 보온한 후 냉각한다. 이 과정은 전체적으로 템퍼링, 어닐링, 정화, 담금질 및 템퍼링이라고 합니다.
"4 불" 은 서로 다른 가열 온도와 냉각 방식의 열처리 공정으로 진화했다. 일정한 강도와 인성을 얻기 위해, 담금질과 고온의 템퍼링을 결합한 공정을 조절이라고 한다. 일부 합금은 과포화 고용체를 형성한 후 실온이나 약간 높은 온도에서 오래 유지되어 합금의 경도, 강도 또는 전자기성을 높인다. 이런 열처리 과정을 시효 처리라고 한다. 압력 가공 변형과 열처리를 효과적이고 긴밀하게 결합하여 하나로 만들고, 음압 분위기나 진공에서 진행되는 열처리를 진공 열처리라고 하며, 가공소재를 산화하지 않고, 처리되는 가공소재의 표면을 깨끗하게 유지하고, 가공소재의 성능을 높이며, 화학 열처리를 위해 침투제를 도입할 수 있습니다.
표면 열처리는 기계 성능을 변경하기 위해 가공소재 표면만 가열하는 금속 열처리 프로세스입니다. 과도한 열을 가공소재에 도입하지 않고 가공소재의 표면을 가열하려면 사용된 열원이 높은 에너지 밀도를 가져야 합니다. 즉, 단위 면적에 가공소재에 많은 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 열처리, 일반적으로 사용되는 열원 유산소 아세틸렌 또는 산소 프로판, 감지 전류, 레이저 및 산소 프로판입니다.
화학 열처리는 가공소재 표면의 화학 성분, 미세 조직 및 성능을 변경함으로써 금속 열처리 공정입니다. 화학 열처리와 표면 열처리의 차이점은 후자가 가공소재 표면의 화학 성분을 변경한다는 것이다. 화학 열처리는 탄소, 질소 또는 기타 합금 원소가 포함된 매체 (가스, 액체, 고체) 에서 가공소재를 가열하고 장시간 온도를 유지하여 가공소재 표면에 탄소, 질소, 붕소, 크롬 등의 요소가 스며들도록 합니다. 원소가 침투한 후, 때때로 담금질, 화화 등 기타 열처리 공정을 해야 한다.
열처리는 기계 부품 및 금형 제조 과정에서 중요한 절차 중 하나입니다. 일반적으로 내마모성, 내식성 등 가공소재의 다양한 성능을 보장하고 향상시킬 수 있으며, 가공물의 미세 구조 및 응력 상태를 개선하여 다양한 냉열 가공을 용이하게 합니다.
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 나눌 수 있다. 탄소강은 무쇠를 제련하여 만든 합금으로, 철과 탄소 외에 소량의 망간, 실리콘, 황, 합금강을 함유하고 있다. 그리고 가격이 저렴하다. 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 특정 요소 (합금 원소라고 함) 를 의도적으로 추가하여 얻은 다원합금입니다. 탄소강에 비해 합금강의 성능이 현저히 향상되어 광범위하게 응용되었다.
강재 품종이 다양하기 때문에 생산, 저장, 선택 및 연구를 용이하게 하려면 강재를 분류해야 한다. 강재의 용도, 화학 성분 및 품질에 따라 강재는 여러 종류로 나눌 수 있습니다.
(하나). 목적별로 분류하다
강재의 용도에 따라 구조용 강철, 공구강 및 특수 성능 강철로 나눌 수 있습니다.
1. 구조용 강철:
(1). 다양한 기계 부품으로 사용되는 강철. 여기에는 침탄 강, 조정 강철, 스프링 강 및 롤링 베어링 강이 포함됩니다.
(2) 엔지니어링 구조에 사용되는 강재. 여기에는 탄소강의 A 급, B 급, 특수강 및 일반 저합금강이 포함됩니다.
공구강: 다양한 도구를 제조하는 데 사용되는 강철. 공구 용도에 따라 절삭 공구강, 금형 강 및 게이지 공구강으로 나눌 수 있습니다.
3. 특수 성능 강철: 특수 물리적 및 화학적 특성을 가진 강철. 스테인리스강, 내열강, 내마모강, 자석으로 나눌 수 있습니다.
(2) 화학 성분별로 분류
강철의 화학 성분에 따라 탄소강과 합금강으로 나눌 수 있다.
탄소강: 탄소량에 따라 연강으로 나눌 수 있습니다 (탄소량 ≤ 0.25%). 중탄소강 (0.25% 10%). 또한 강철에 포함된 주요 합금 원소의 종류에 따라 망간강, 크롬 강, 크롬 니켈 강, 크롬 티타늄 강 등으로 나눌 수 있습니다.
(3) 품질별로 분류
강철의 유해한 불순물인 인과 황의 함량에 따라 일반 강철 (인 함량 ≤0.045%, 황 함량 ≤ 0.055% 로 나눌 수 있다. 또는 인과 황 함량은 모두 ≤ 0.050%); 양질의 강철 (인과 황 함량 ≤0.030%).
또한 제련로의 유형에 따라 강철은 평로강 (산성 평로와 알칼리성 평로), 공기전로강 (산성 전로, 알칼리성 전로, 산소 탑 드라이어강) 과 전기로강으로 나눌 수 있다. 제련시 탈산의 정도에 따라 강철은 끓는 강철 (불완전한 탈산), 안정강 (완전 탈산), 반안정강으로 나눌 수 있다.
제철소는 강재를 명명할 때 종종 사용, 성분, 품질의 세 가지 분류 방법을 결합한다. 예를 들어, 강철은 일반 탄소 구조용 강철, 양질의 탄소 구조용 강철, 탄소 공구강, 고급 양질의 탄소 공구강, 합금강, 합금 공구강 등이라고 합니다. , 평균 ≤ 0.040%); 고품질 강철 (인 함량 ≤0.035%,
4 가지 금속 재료의 기계적 성질
금속 재질의 성능은 일반적으로 프로세스 성능과 사용 성능의 두 가지 범주로 나뉩니다. 프로세스 성능이란 기계 부품 가공 제조 과정에서 지정된 냉열 가공 조건에서 금속 재질의 성능을 말합니다. 금속 재질의 프로세스 성능에 따라 제조 프로세스의 적응성이 결정됩니다. 가공 조건이 다르기 때문에 필요한 공예 성능도 다르다. 주조 성능, 용접성, 연성, 열처리 성능, 가공성 등을 예로 들 수 있습니다. 사용 성능이란 기계 부품 사용 조건에서 금속 재질의 성능을 말하며 기계적 성능, 물리적 성능, 화학적 성능 등을 포함합니다. 금속 재질의 사용 성능에 따라 적용 범위와 서비스 수명이 결정됩니다.
기계 제조업에서 일반적인 기계 부품은 상온, 상압, 비부식성 미디어에 사용되며 모든 기계 부품은 사용 중에 서로 다른 하중을 받습니다. 금속 재질이 하중 작용 하에서 손상에 저항하는 능력을 기계적 성능 (또는 기계적 특성) 이라고 합니다. 금속 재질의 역학 성능은 부품 설계 및 재료 선택의 주요 근거입니다. 외부 하중의 특성이 다릅니다 (예: 인장, 압축, 비틀림, 충격, 주기 하중 등). ). 금속 재료에 필요한 기계적 성질도 다를 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 기계적 특성에는 강도, 소성, 경도, 인성, 반복 충격 및 피로 한계 등이 있습니다. 각 기계적 성능에 대해서는 아래에서 별도로 설명합니다.
1 .. 힘
강도는 정적 하중 하에서 실패 (과도한 소성 변형 또는 파괴) 에 저항하는 금속 재질의 능력입니다. 하중은 인장, 압축, 굽힘 및 전단의 형태로 작용하므로 강도는 인장 강도, 압축 강도, 굽힘 강도, 전단 강도 등으로 나눌 수 있습니다. 다양한 강도 사이에는 일정한 관계가 있는 경우가 많으며, 인장 강도는 일반적으로 가장 기본적인 강도 지표로 사용됩니다.
2. 가소성
소성이란 금속 재질이 하중 시 손상을 주지 않고 소성 변형 (영구 변형) 을 생성하는 능력입니다.
3. 어려움
경도는 금속 재료의 경도를 측정하는 지표이다. 현재 생산에서 가장 일반적으로 사용되는 경도를 측정하는 방법은 압입 경도법입니다. 이 방법은 일정한 기하학을 가진 압두로 일정한 하중 하에서 측정된 금속 재질 표면에 압력을 가해 압입 정도에 따라 경도를 결정합니다.
일반적으로 사용되는 방법에는 브리넬 경도 (HB), 로크웰 경도 (HRA, HRB, HRC) 및 비커스 경도 (HV) 가 있습니다.
지치다
위에서 설명한 강도, 소성 및 경도는 정적 하중 하에서 금속의 기계적 특성입니다. 실제로 많은 기계 부품이 순환 하중 하에서 작동하는데, 이 경우 부품이 피로해질 수 있습니다.
5. 충격 인성
큰 속도로 기계 부품에 작용하는 하중을 충격 하중이라고 하며, 충격 하중 하에서 금속이 손상에 저항하는 능력을 충격 인성이라고 합니다.
다섯 번째 단계, 어닐링-담금질-템퍼링
(1) 어닐링 유형
1. 완전 어닐링 및 등온 어닐링
완전 어닐링은 재결정 어닐링이라고도 하며, 일반적으로 약칭하여 어닐링이라고 한다. 이 어닐링은 주로 아시아 * * 성분의 다양한 탄소강 및 합금강의 주조, 단조 및 열간 압연 강재에 사용되며 용접 구조에도 사용됩니다. 일반적으로 중요하지 않은 일부 가공소재의 최종 열처리 또는 일부 가공소재의 예열 처리로 사용됩니다.
2. 구형 화 어닐링
구형 어닐링은 주로 탄소강 및 합금 공구강 (예: 공구, 게이지 및 금형을 만드는 데 사용되는 강) 에 사용됩니다. 그것의 주된 목적은 경도를 낮추고 가공성을 개선하여 나중에 불을 피울 준비를 하는 것이다.
응력 어닐링 제거
응력 제거 어닐링은 저온 어닐링 (또는 고온 템퍼링) 이라고도 합니다. 이 어닐링은 주로 주물, 단조, 용접물, 열연 부품, 콜드 인장 등의 잔여 응력을 제거하는 데 사용됩니다. 이러한 응력을 제거하지 않으면 일정 기간 후 또는 후속 절단 과정에서 강철이 변형되거나 균열됩니다.
(2). 억제
경도를 높이기 위해, 주요 방법은 난방, 보온, 빠른 냉각이다. 가장 일반적으로 사용되는 냉각 매체는 염수, 물 및 오일입니다. 소금물을 담금질하는 가공소재는 고경도 및 매끄러운 표면을 쉽게 얻을 수 있으며, 경화되지 않은 부드러운 반점은 쉽게 생기지 않지만, 가공소재가 심하게 변형되거나 균열될 수 있습니다. 기름을 급냉 매체로 사용하는 것은 과냉각 오스테 나이트 안정성이 높은 합금강이나 소형 탄소강 가공소재를 담금질하는 데만 적합합니다.
(3). 템퍼링
1. 취성을 낮추고 내부 응력을 제거하거나 줄입니다. 강철 담금질 후 내부 응력이 크고 취성이 크다. 만약 제때에 불을 붙이지 않으면, 강철 부품은 왕왕 변형되거나 심지어 갈라질 수 있다.
공작물에 필요한 기계적 특성을 얻으십시오. 담금질한 후 공작물의 경도가 높고 취성이 크다. 다양한 가공소재의 다양한 성능 요구 사항을 충족하기 위해 적절한 템퍼링을 통해 경도를 조정하여 바삭성을 줄이고 필요한 인성과 소성을 얻을 수 있습니다.
3. 공작물 치수 안정화
4. 일부 어닐링 후 연화하기 어려운 합금강의 경우, 담금질 (또는 표준화) 후 고온 템퍼링을 자주 사용하여 강철의 탄화물을 적절히 모아 절삭 경도를 낮춘다.
6. 일반적인 용광로 유형 선택
난로형은 서로 다른 프로세스 요구 사항 및 가공소재 유형에 따라 결정되어야 합니다.
1. 대량 생산이 불가능한 경우 가공소재 크기가 다르고 종류가 다양하며 기술 일반화가 필요합니다.
다목적, 상자 난로를 선택할 수 있습니다.
2. 장축, 긴 나사, 파이프 등의 공작물을 가열할 때 깊은 우물 전기로를 선택할 수 있습니다.
3. 소량의 침탄 부품의 경우 우물 가스 침탄로를 선택할 수 있습니다.
4. 자동차, 트랙터 기어 등 부품의 대량 생산으로 연속 침탄 생산 라인이나 상자식 다용로를 선택할 수 있습니다.
5. 대량 생산된 스탬핑 부품 가공물을 가열할 때는 압연 용광로와 롤러 바닥로를 사용하는 것이 좋습니다.
6. 대량 성형된 부품의 경우 종동륜 또는 컨베이어 저항로 (종동로 또는 벨트 주조로) 를 선택하여 생산할 수 있습니다.
7. 나사, 너트 등과 같은 소형 기계 부품은 진동저로 또는 벨트로를 선택할 수 있습니다.
8. 내부 나선형 회전관로는 강철 볼과 롤러의 열처리에 사용할 수 있습니다.
9. 퍼터로는 유색금속 텅스텐을 대량 생산하는 데 사용할 수 있고, 공기순환난로는 작은 유색금속 부품과 재료에 사용할 수 있다.