금속의 가열·유지·냉각 사이클을 정밀 제어하여 강도·경도·인성을 의도적으로 조작하는 공정
금속의 가열·유지·냉각 사이클을 정밀 제어하여 강도·경도·인성을 의도적으로 조작하는 공정
동일한 철강 소재라도 탄소 함량과 냉각 속도에 따라 오스테나이트, 마텐자이트, 펄라이트 등 전혀 다른 조직으로 변태합니다. 열처리로는 이 상변태를 의도적으로 유도해 부품이 가져야 할 최적의 물성을 구현합니다.
예를 들어 자동차 기어는 표면은 단단하고 내부는 유연해야 합니다. 이를 위해 침탄 열처리로 표면에 탄소를 확산시킨 뒤 담금질로 표면만 경화시키는 복합 공정이 적용됩니다.
강재를 오스테나이트 상태가 되는 변태점 이상의 고온으로 가열한 후, 물이나 기름 매질에 투입해 급랭합니다. 냉각 속도가 임계 속도 이상으로 빠를 경우 탄소 원자가 철의 결정 격자 내에 갇혀 마텐자이트라는 매우 단단한 조직이 형성됩니다.
담금질 후 인장강도와 경도는 비약적으로 상승하지만, 반대로 취성이 극대화됩니다. 이 때문에 반드시 뒤이어 뜨임 공정이 필요합니다.
담금질로 인한 극단적인 취성을 완화하기 위해 재결정온도 이하(주로 150~600°C)로 재가열 후 서서히 냉각합니다. 불안정한 마텐자이트 조직이 트루스타이트, 소르바이트로 변화하며 강도와 인성의 균형이 맞춰집니다.
절삭 공구처럼 내마모성이 중요한 부품은 150~200°C 저온 뜨임을, 구조용 강재처럼 강도와 인성이 동시에 요구되는 경우 500~600°C 고온 뜨임(조질)을 실시합니다.
단조·압연·주조 과정에서 거칠고 불균일해진 조직을 표준화합니다. 변태점보다 30~50°C 높은 온도로 가열 후 대기 중에서 공랭하면 결정 입자가 미세화되고 내부 응력이 해소됩니다.
강의 경도·강도·연신율·인성이 전반적으로 고르게 증가해 후속 기계 가공에 최적화된 상태가 됩니다.
재료를 근본적으로 연화시켜 기계 가공성을 극대화합니다. 800~1,000°C로 가열 후 로 내부에서 극도로 서서히 냉각(노랭)하는 것이 특징입니다.
구상화 풀림은 펄라이트 내 시멘타이트를 구상으로 변화시켜 가공성을 개선하고, 응력 제거 풀림(500~600°C)은 잔류 응력만을 타겟으로 제거합니다.
로 내부 온도 편차가 크면 부품마다 냉각 속도가 달라져 경도 산포, 열변형, 피로 수명 단축이 발생합니다. 단 몇 도의 편차도 금속 미세조직의 불균일을 유발합니다.
이엠디는 히터 배치·내화 구조·열 순환 경로를 종합 설계하여 로 내부 전 구간의 균일 가열을 실현합니다. 분위기 가스 제어로 산화·탈탄도 원천 차단합니다.
| 공정 | 목적 | 온도 | 냉각 방식 | 결과 조직 |
|---|---|---|---|---|
| 담금질 | 경도·인장강도 극대화 | 변태점 이상 | 수냉·유랭 (급랭) | 마텐자이트. 경도 극대, 취성 높음 |
| 뜨임 | 취성 완화, 강도·인성 조화 | 150~600°C | 공랭·서랭 | 트루스타이트·소르바이트. 인성 회복 |
| 불림 | 조직 미세화, 응력 제거 | 변태점 +30~50°C | 대기 중 공랭 | 미세화 조직. 기계적 균일성 향상 |
| 풀림 | 재료 연화, 가공성 향상 | 800~1,000°C | 로 내 서랭 | 구상 시멘타이트. 완전 연화 |