개념 한 쪽
강재의 열처리는 조직을 바꾸어 경도와 인성 등 기계적 성질을 조절한다. 냉각 방식과 재가열 온도에 따라 마르텐사이트, 펄라이트 등 서로 다른 조직이 생성되며, 탄소 함량 증가는 강도의 증가와 인성의 감소를 야기한다.
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출제기준 단원 「순철과 탄소강」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 담금질의 결과 조직 판단 | 1 | 급냉 조건에서 생성되는 조직을 판별하는 능력 |
| 냉각 방법과 열처리명 연결 | 1 | 오스테나이트화 후 냉각 매체에 따른 열처리 명칭을 고르는 능력 |
| 담금질 후 처리 목적 구별 | 1 | 담금질 후 재가열 온도 범위와 목적을 구별하는 능력 |
담금질(Quenching)은 강을 오스테나이트화 온도까지 가열한 후 급속히 냉각하여 무확산 변태로 마르텐사이트 조직을 얻는 공정이다. 이로써 경도와 강도가 크게 증가하나 취성이 커질 수 있다. 담금질의 핵심은 급냉에 의해 탄소 확산이 억제되는 점이다.
뜨임(Tempering)은 담금질로 형성된 불안정한 마르텐사이트 조직을 A1 변태점 이하의 온도에서 재가열한 뒤 서서히 냉각하여 잔류응력을 제거하고 인성을 향상시키는 공정이다. 뜨임은 담금질 이후 인성을 보완하기 위한 절차이고, 불림이나 풀림과는 수행 온도 범위가 다르다.
노멀라이징(Normalizing)은 오스테나이트화 후 공기 중에서 냉각하여 조직을 균일하고 미세하게 만드는 방법으로 표준 조직을 얻기 위해 사용한다. 어닐링(Annealing)은 서냉을 통해 연화를 목적으로 하므로 목적과 냉각 속도가 서로 다르다.
탄소함량의 증가는 인장강도와 경도를 증가시키나 연성과 충격값(인성)은 감소시키는 경향을 보인다. 열전도율은 탄소 증가에 따라 감소하는 경향이 있고, 탄성계수는 탄소 함량 변화에 비교적 영향을 적게 받는다.
주철은 탄소 함량이 높은 합금으로 녹는점이 상대적으로 낮아 용탕 상태에서 유동성이 좋아 주조에 적합하다. 흑연의 형태는 냉각 속도와 조성에 따라 편상이나 구상 등으로 달라지며, 백주철 등 특정 조직 형성 과정에 대한 단순화된 설명은 주의해야 한다.
침탄(Carburizing)은 표면 경화를 위해 고온에서 탄소를 표면으로 확산시켜 표면층의 경도를 높이는 표면 처리법이다. 표면 침탄은 마모 저항성을 향상시키는 목적에 사용된다.
담금질 문제는 '급냉'과 결과 조직인 '마르텐사이트'의 연결을 확인하면 풀이가 쉽다. 예컨대 오스테나이트화 온도에서 물로 급냉하면 탄소 확산이 억제되어 마르텐사이트가 형성된다고 판단한다.
뜨임 관련 문제는 '담금질 후 A1 변태점 이하에서 재가열하여 인성 향상'이라는 키워드를 찾아 정답을 고른다. 노멀라이징은 '오스테나이트화 후 공기 중 냉각하여 표준 조직 형성'으로 구분한다.
침탄 관련 문제는 '탄소 침투로 표면 경화'라는 정의적 연결고리를 사용하여 오답을 소거한다.
45% 탄소 강재를 약 880℃에서 수(水)중에서 담금질하면 무확산 변태를 일으키는 조직의 명칭은?
정답 ① · 담금질(Quenching)은 오스테나이트 상태인 강을 급냉하여 탄소의 확산이 일어나지 못하게 만드는 열처리입니다. 이러한 무확산 변태(Diffusionless transformation)를 통해 생성되는 조직은 마텐자이트(Martensite)입니다.
강을 오스테나이트 영역에서 급냉하면 탄소 확산이 차단되어 마텐자이트가 생성된다.
탄소강의 표준 조직을 얻기 위해 오스테나이트화 온도에서 공기 중에 냉각하는 열처리 방법은?
정답 ① · 노멀라이징(Normalizing, 정규화)은 강을 적정 온도(A3 또는 Acm 이상)까지 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 열처리 방법입니다. 이 과정을 통해 조직을 미세화하고 결정을 정방향으로 정돈하여 표준 조직을 얻으며, 기계적 성질을 개선하고 잔류응력을 제거합니다.
오스테나이트화 후 공기 중 냉각하여 표준 조직을 얻는 열처리는 노멀라이징이다.
열처리에 있어서 담금질의 목적으로 옳은 것은?
정답 ③ · 담금질(Quenching)은 강을 오스테나이트화 시킨 후 물이나 기름 등에서 급랭시키는 열처리 공정입니다. 급냉을 통해 경도가 매우 높고 단단한 마르텐사이트 조직을 얻는 것이 주된 목적입니다.
담금질은 급냉을 통해 마르텐사이트 조직을 형성하여 재질의 경도와 강도를 높이는 열처리 공정이다.
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