금속의 열처리: 4 일반적인 방법

1. 소개

금속의 열처리는 현대 야금의 중심에 서 있습니다., 엔지니어가 금속 특성을 적용 요구에 맞게 맞춤화 할 수 있도록합니다..

붉은 색 철을 물에 빠뜨린 고대 대장장이에서, 오늘날의 컴퓨터 제어 진공 용광로에, 징계는 엄격한 과학으로 성숙되었습니다.

게다가, 항공 우주로, 자동차 및 에너지 산업은 재료를 한계까지 밀어 넣습니다, 열 사이클을 마스터하는 것은 결코 더 큰 의미를 갖지 못했습니다.

이 기사에서는, 우리는 가장 널리 적용되는 4 가지 열 치료 과정에 중점을 둡니다., 정상화, 담금질, 및 템퍼링 - 각 방법이 미세 구조를 변화시키는 방법을 보여줍니다, 성능을 향상시킵니다, 구성 요소 수명을 연장합니다.

2. 금속의 열처리의 기초

핵심, 금속의 열처리는 합금이 위의 가열 또는 임계 온도 아래에서 냉각 될 때 발생하는 위상 형질 전환 및 확산 동역학을 이용합니다..

강에, 예를 들어, 오스테나이트 (C- 아이언) 위의 형태 723 ℃, 페라이트 동안 (아이언) 그리고 시멘트 (fe₃c) 그 임계 값 아래에 우세합니다.

엔지니어 상담 시간-온도-변환 (t-t-t) Pearlite 또는 Bainite와 같은 등온 제품을 예측하는 다이어그램,

그리고 연속 냉각 변환 (C-C-T) 마르텐 사이트를 생성하는 냉각 속도를 설계하는 곡선.

네 가지 메커니즘은 결과를 지시합니다:

1. 확산: 고온에서 (500–1200 ° C), 원자는 위상을 형성하거나 용해시키기 위해 이동합니다.
2. 핵 생성: 새로운 상 입자는 입자 경계에 나타납니다, 포함 또는 탈구.
3. 성장: 일단 핵 생성, 이 입자는 부모 단계를 소비합니다.
4. 재결정 화: 변형 아래, 새로운 변형이없는 곡물이 형성됩니다, 미세 구조를 정제합니다.

뿐만 아니라, 성공은 네 가지 변수를 엄격하게 제어하는 ​​데 달려 있습니다: 온도, 시간을 잡아라, 대기 (공기, 둔한, 진공, 감소) 그리고 냉각 속도.

± 10 ° C 편차 또는 몇 분 동안의 담아 시간 차이조차도 최종 미세 구조를 거친 펄라이트에서 부서지기 쉬운 마르텐 사이트로 이동할 수 있습니다..

3. 가열 냉각

가열 냉각 경화 또는 냉간 작업 금속을 부드럽게 변형시킵니다, 두들겨 펼 수 있는, 및 치수 적으로 안정적인 재료.

조심스럽게 가열 및 냉각으로, 야금 학자들은 내부 스트레스를 제거합니다, 균질화 미세 구조, 다운 스트림 형성 또는 가공을위한 구성 요소를 준비합니다.

어닐링 과정

1. 난방: 저 카본 강철의 경우 (≤ 0.25 % 기음), 균일하게 열 700–750 ° C. 대조적으로, 알루미늄 합금은 재결정화 어닐링을받습니다 400–600 ° C, 합금 시스템에 따라.
2. 담그기: 제어 대기 중 용광로에서 1-2 시간 동안 온도를 유지하십시오 (불활성 또는 감소) 산화 또는 탈 카버 화를 방지합니다.
3. 냉각: 퍼니스 내부에서 약 30-50 ° C/시간의 속도로 식 힙니다..
   느린 냉각은 강철의 탄화물 조잡을 장려하고 스트레스를 다시 도입 할 수있는 열 구배를 방지합니다..

게다가, 구형화 된 고 탄소 강을 할 때 (0.60–1.00 % 기음), 기술자는 700–750 ° C 10-20 시간 동안, 그런 다음 덜 식 힙니다 10 ° C/시간.

이 연장 된 사이클은 라멜라 펄라이트를 둥근 탄화물 결절로 변환, 경도를 줄입니다 200–250 HV.

어닐링의 이점

• 연성 향상: 어닐링 된 저탄소 강은 일반적으로 위의 신장을 달성합니다 30 %,
  15–20에 비해 % 롤링 된 재료에서, 골절없이 복잡한 스탬핑과 깊은 드로잉을 가능하게합니다.
• 잔류 부류 구호: 내부 스트레스는 최대까지 떨어집니다 80 %, 후속 가공 또는 용접 중 왜곡이 극적으로 줄어 듭니다.
• 미세 구조적 균일 성: ASTM 등급 5-7에서 곡물 크기는 세분화되거나 안정화됩니다 (≈ 10–25 μm), 일관된 기계적 특성과 긴밀한 차원 공차를 생성합니다 (± 0.05 mm).
• 가공성 향상: 경도를 ~ 260 HV에서 ~ 200 HV로 낮추는 것은 절단 수명을 20-30으로 연장합니다. % 표면 피시 결함을 줄입니다.

뿐만 아니라, 구형 강철은 높은 형성성을 나타냅니다 - 구체 탄화물은 형성 중 윤활제 저수지 역할을합니다., CNC 회전 작업에서 칩 형성을 단순화하는 동안.

어닐링의 적용

• 자동차 산업: 바디 패널 블랭크는 어닐링에 도착하여 균열없이 복잡한 3 차원 모양을 형성하는 심해 작업을 가능하게합니다..
• 항공우주 구성요소: 니켈베이스 및 티타늄 합금은 냉담한 후 연성을 회복하기 위해 재결정 어닐링을 겪습니다., 피로에 민감한 부품의 신뢰할 수있는 성능을 보장합니다.
• 가공 - 등급 바 재고: 강철 및 알루미늄 바는 표면 마감을 최적화하고 고속 밀링 및 드릴링의 도구 마모를 최소화하기 위해 완전 어닐링을받습니다..
• 전기 도체: 구리 그리고 황동 와이어는 전기 전도성을 극대화하고 와인딩 또는 설치 중 작업 하급을 방지하기 위해 어닐링을 겪습니다..

4. 정규화

정상화는 곡물 구조를 세분화하고 미세 구조를 어닐링하는 것보다 더 공격적으로 균질화합니다., 균형 잡힌 강도 조합을 산출합니다, 인성, 및 치수 안정성.

정상화 과정

1. 난방: 가열 중간 카본 강 (0.25–0.60 wt% c) 에게 30위의 –50 ° C 상위 임계 온도 - 일반적으로 880–950 ° C- 완전한 오스테니 화를 보장하기 위해.
2. 담그기: 보관하십시오 15–30 분 대기 제어 용광로에서 (종종 흡열 가스 또는 진공) 탄화물을 용해시키고 화학 분리를 동일하게합니다.
3. 냉각: 부품을 대략 공기 공학으로 허용하십시오 20-50 ° C/분 (여전히 공기 또는 팬 강화). 이 더 빠른 속도는 벌금을 부과합니다, 마르텐 사이트를 형성하지 않고 페라이트와 펄라이트의 균일 한 혼합물.

정상화의 이점

• 곡물 정제: 정규화 된 강은 일반적으로 ASTM 곡물 크기 6-7을 달성합니다 (≈ 10–20 µm), 8–9에 비해 (≈ 20–40 µm) 어닐링 된 강에. 따라서, Charpy V-notch 강인함이 증가합니다 5–10 j 실온에서.
• 강도 균형 균형: 항복 강도가 증가합니다 10–20% 과도하게 어닐링 된 등가 - 종종 도달합니다 400–500 MPa- 주위에 연성 수준을 유지하는 동안 10–15%.
• 치수 정확도: 냉각에 대한 엄격한 제어는 워프 및 잔류 응력을 줄입니다, 공차를 낮게 활성화합니다 ± 0.1 mm 가공 된 기능에.
• 가공성 향상: 균일 한 미세 구조는 단단한 지점을 최소화합니다, 도구 수명 확장 15–25% 드릴링 및 밀링 작업에서.

정규화의 응용

• 구조적 구성 요소: I- 빔 플랜지 및 위조 빌릿은 정상화되어 큰 단면에서 일관된 기계적 특성을 보장합니다., 다리 및 건물 건설에 중요합니다.
• 캐스팅: 회색 아이언 연성-아이언 주물은 화학적 분리를 감소시키기 위해 정상화를받습니다, 펌프 하우징 및 밸브 바디의 가공 가능성 및 피로 수명 향상.
• 원활한 튜브와 파이프: 제조업체는 라인 파이프 등급을 정상화합니다 (API 5L X52 -X70) 밴딩을 제거합니다, 붕괴 저항 및 용접 무결성 향상.

5. 담금질

단단한 잠금 장치, 빠르게 냉각 된 오스테 니트 스틸에 의한 마르텐스 시트 미세 구조.

이 과정은 탁월한 강도와 내마모성을 제공합니다, 그리고 그것은 많은 고성능 합금의 기초 역할을합니다..

담금질 과정

첫 번째, 기술자들은 공작물을 오스테 나이트 지역으로 가열합니다 800 ° C 및 900 ℃ 중간 탄소 강의 경우 (0.3–0.6 % 기음),

그리고 몸을 담그십시오 15–30 분 균일 한 온도와 탄화물의 완전 용해를 보장합니다. 다음, 그들은 뜨거운 금속을 선택한 Quench 매체로 뛰어 들었습니다.:

• 물: 냉각 속도에 도달 할 수 있습니다 500 ° C/s, 마르텐 사이트 경도를 생성합니다 650 HV, 그러나 물의 심각성은 종종 0.5–1.0을 유도합니다 % 왜곡.
• 기름: 느린 속도 200 ° C/s 근처에 경도를 생성하십시오 600 HV 아래의 왜곡을 제한하는 동안 0.2 %.
• 중합체 용액: 농도를 조정하여, 엔지니어는 중간 냉각 속도를 달성합니다 (200–400 ° C/s), 경도 균형 (600–630 HV) 및 치수 제어.

중요하게, 섹션 두께에 따라 Quench Media를 선택합니다: 얇은 부분 (< 10 mm) 공격적인 물 담금질을 견딜 수 있습니다,

두꺼운 구성 요소 (> 25 mm) 열 그라디언트 및 균열을 최소화하려면 오일 또는 중합체 담금질이 필요합니다..

담금질의 이점

게다가, 담금질은 몇 가지 주요 장점을 제공합니다:

• 최대 경도 & 힘: 냉담한 마르텐 사이트가 일상적으로 도달합니다 600–700 HV, 위의 인장 강도로 번역 900 MPa.
• 빠른 사이클 시간: 전체 변환은 몇 초에서 몇 분 안에 완료됩니다, 배치 또는 연속 쿼치 용광로의 높은 처리량을 활성화합니다.
• 다재: 켄칭은 넓은 스펙트럼의 강에 적용됩니다. 저금리 건축 등급에서 (4140, 4340) 고속 도구 강에 (M2, T15)-
  열심히 설정, 템퍼링 또는 표면 처리를위한 내마비베이스.

담금질의 응용

마지막으로, 켄칭은 탁월한 강도와 내마모성을 요구하는 산업에서 필수 불가결 한 것으로 판명됩니다.:

• 자동차 & 항공우주: 크랭크 샤프트, 연결로드 및 랜딩 기어 구성 요소는 주기적 및 충격 하중을 견딜 수 있도록 담금질을 겪습니다..
• 도구 제작: 절단 도구, 드릴과 펀치는 냉담한 가장자리를 유지하고 연마적인 마모에 저항하기 위해 담금질을 해줍니다..
• 중장비: 기어, 높은 접촉 응력 하에서 긴 서비스 수명을위한 커플 링 및 전단 블레이드 켄 칭.

6. 템퍼링

템퍼링은 해소를 따라 부서지기 쉬운 변형입니다, 높은 하급 마르텐 사이트는 더 힘들다, 더 연성 미세 구조.

온도와 시간을주의 깊게 선택하여, 야금 학자들은 정밀한 서비스 요구 사항에 대한 강도 -기구 균형을 조정합니다.

템퍼링 과정

1. 온도를 재가열하십시오: 일반적으로, 기술자들은 강철을 젖힌 강철로 데 웁니다 150–650 ° C, 더 낮은 범위를 선택합니다 (150–350 ° C) 최소한의 인성 손실 또는 더 높은 범위 (400–650 ° C) 연성을 극대화합니다.
2. 시간을 담그십시오: 그들은 목표 온도에서 부품을 유지합니다 1–2 시간, 섹션 전체에서 균일 한 변환을 보장합니다 50 두께 mm.
3. 이중 템퍼링: 유지 된 오스테 나이트를 줄이고 경도를 안정화시킵니다, 많은 상점들이 두 번의 연속 강화주기를 수행합니다, 종종 a 50 사이클 사이의 ° C 증가.

템퍼링하는 동안, 마르텐 사이트는 페라이트와 미세 전이 탄화물로 분해됩니다 (저온에서 ε- 카르바이드, 시멘트), 잔류 응력이 크게 떨어집니다.

템퍼링의 이점

• 통제 된 경도 감소: 각 50 ℃ 템퍼링 온도의 증가는 일반적으로 경도를 낮 춥니 다 50–75 HV,
  엔지니어가 경도를 조정할 수 있도록합니다 700 HV (대로) 아래로 300 HV 또는 아래.
• 향상된 인성: 충격 강인함은 증가 할 수 있습니다 10–20 j 템퍼링 할 때 –20 ° C에서 500 ° C 대 200 ℃, 부서지기 쉬운 골절 위험을 크게 줄입니다.
• 스트레스 해소: 템퍼링은 잔류 응력을 줄입니다 40–60%, 서비스 또는 2 차 가공 중 왜곡 및 균열 완화.
• 연성 향상: 강화 된 강은 종종 신장을 달성합니다 10–20%, 비교하다 <5% 불완전한 마르텐 사이트에서, 충돌과 피로의 삶을 향상시킵니다.

템퍼링의 적용

• 고속 구조 강철: 4140 합금, 그 다음에 템퍼를 뿌렸다 600 ℃, 도달합니다 950 MPa 인장 강도 12% 신장 - 드라이브 샤프트 및 액슬의 비밀.
• 공구강: A2 스틸, 공기 정화 된 다음 두 번의 시절 550 ℃, 보류 58–60 HRC 절단 온도에서 치수 안정성을 유지하는 동안 경도.
• 마모에 저항성 구성 요소: 무거워지고 템퍼링 4340 수율 52 HRC 우수한 강인함으로, 무거운 기어와 롤러를 제공합니다.

7. 결론

어닐링을 활용하여, 정상화, 담금질 및 템퍼링, Metallurgists는 소프트에서 개선 된 미세 구조를 조각합니다, 정확한 성능 목표를 충족시키기 위해 연성 페라이트-초경 마르텐 사이트.

뿐만 아니라, 이러한 방법을 순서대로 결합하면 타의 추종을 불허하는 유연성이 가능합니다: 디자이너는 힘 사이의 복잡한 트레이드 오프를 달성 할 수 있습니다, 인성, 내마모성 및 치수 안정성.

디지털 제어로, 진공 용광로 및 빠른 열 처리 전진, 금속의 열처리는 자동차 전반에 걸쳐 지속적으로 혁신을 주도 할 것입니다., 항공우주, 에너지 및 툴링 부문.

궁극적으로, 이 4 가지 초석 프로세스를 마스터하면 엔지니어가 금속과 응용 프로그램을 밀어 올릴 수 있습니다..

고품질이 필요한 경우 열 처리 서비스, 이것 제조 요구에 대한 완벽한 선택입니다.

지금 저희에게 연락하십시오!

 

자주 묻는 질문

어닐링을 정상화와 구별하는 것?

어닐링은 느리게 연화 및 스트레스 완화에 중점을 둡니다, 용광로 냉각, 거친 생산, 균일 한 곡물. 대조적으로, 정규화는 공기 냉각을 사용하여 입자 크기를 개선하고 강도와 인성을 높이기.

물 중에서 어떻게 선택합니까?, 기름, 및 중합체 소수수?

물은 가장 빠른 냉각을 제공합니다 (≈ 500 ° C/s) 그리고 가장 높은 경도 (최대 650 HV) 그러나 왜곡을 위험에 빠뜨립니다.
오일은 더 천천히 식 힙니다 (≈ 200 ° C/s), 경도가 약간 낮은 비용으로 뒤틀림을 줄입니다 (≈ 600 HV).
폴리머 용액은 중간 냉각 속도로 다이얼링 할 수 있습니다., 경도 및 치수 제어 균형.

이중 템퍼링을 수행하는 이유?

이중 템퍼링 (두 개의 순차적 온도가 약간 다른 온도에서 유지됩니다) 유지 된 오스테 나이트를 제거합니다, 경도를 안정화시킵니다, 또한 스트레스를 더욱 완화시킵니다,
타이트한 공차 요구 사항이있는 공구 강 및 구성 요소에 중요합니다..

각 프로세스에서 발생하는 미세 구조?

가열 냉각: 거친 페라이트 플러스 구형 탄화물 (높은 C 강에).
정규화: 미세한 페라이트와 펄 라이트.
담금질: 과포화, 바늘 모양의 마르텐 사이트.
템퍼링: 템퍼 된 마르텐 사이트 (페라이트 플러스 미세 탄화물) 탈구 밀도 감소.

열처리 분위기가 결과에 어떤 영향을 미칩니다?

불활성 또는 감소 대기는 산화 및 탈 카버 화를 방지합니다.

대조적으로, 개방형 용광로 위험 규모 형성 및 표면의 탄소 손실, 기계적 특성을 저하시킬 수 있습니다.

비철 합금은 이러한 방법으로부터 이점을 얻을 수 있습니다?

예. 알루미늄 합금은 연성을 얻고 재결정 화를 통한 작업 하급을 제거합니다. (400–600 ° C).

티타늄 합금은 종종 용액 처리 및 노화를 겪습니다. & 성미 - 높은 강도와 ​​크리프 저항을 달성합니다.

정상화와 어닐링 후 어떤 관용을 기대 해야하는지?

정상화 부품은 ± 0.1 mm 공차를 유지할 수 있습니다; 어닐링 된 부분, 용광로에서 균일하게 냉각 될 때, ± 0.05 mm 정확도를 유지하십시오. 두 방법 모두 뒤틀림을 유발하는 잔류 응력을 최소화합니다.

담금질 중에 왜곡을 완화합니까? & 성질?

두꺼운 섹션에 대해서도 더 부드러운 Quench 매체를 선택하십시오.
시간이 정해진 교반을 사용하여 균일 한 냉각을 촉진하십시오.
담금질 직후에 제어 된 템퍼링을 적용하여 켄 렌치 유발 응력을 완화하십시오..

어떤 프로세스가 최고의 피로 생활 개선을 제공합니다?

템퍼링 된 마르텐 사이트는 일반적으로 최고의 피로 성능을 제공합니다.

담금질 후, 강인성을 최적화하기 위해 500–600 ° C에서 템퍼링하십시오, 일반적인 구조 강에서 20-30%의 피로 수명 이득을 볼 수 있습니다..

디지털 컨트롤은 금속의 열처리를 향상시키는 방법?

고급 퍼니스 컨트롤러는 온도를 ± 1 ° C로 추적합니다, 담아 시간을 자동으로 조정하십시오, 열 사이클을 로그합니다.

이 데이터 중심 접근 방식은 반복성을 향상시킵니다, 스크랩 속도를 낮 춥니 다, 모든 부분이 기계 사양을 충족하도록합니다.