개념 한 쪽
철강 재료는 목적에 따라 열처리와 가공 방법을 달리하여 성질을 개선하거나 요구 성능을 확보한다는 점이 핵심이다. 담금질, 심냉, 패턴팅 같은 열처리 공정은 각기 다른 조직 변태를 유도하여 경도·연성·치수 안정성 등을 조절한다는 관점을 중심으로 정리한다.
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출제기준 단원 「철강 재료의 종류, 용도 및특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 항온변태와 소르바이트 연결 | 1 | 냉간 인발의 가공경화 완화용 열처리명을 고르기 |
| 초경합금 공구 가공법 판단 | 1 | 열과 응력 최소화 관점에서 적절한 연삭법을 가림 |
| 담금질 후 잔류 오스테나이트 처리 | 1 | 상온 이하 냉각으로 잔류 오스테나이트를 처리하는 공정명 선택 |
열처리는 금속의 조직과 성능을 개선하기 위한 공정으로, 주된 목적은 경도 향상·조직 안정화·성능 개선 등이다. 열처리를 통해 조직을 미세하고 균일하게 하여 물성을 향상시키며, 조직을 조대화하거나 편석을 유발하는 것은 열처리의 목적에 해당하지 않는다.
심냉 처리는 담금질 후에 남아 있는 잔류 오스테나이트를 저온에서 추가로 냉각하여 마텐자이트로 바꾸어 경도와 내마모성 및 치수 안정성을 높이는 공정이다. 심냉의 핵심 키워드는 '잔류 오스테나이트 제거'와 '저온 냉각'이다.
탄소강선의 냉간 인발에서 가공경화로 작업이 어려울 때는 소르바이트 조직을 얻기 위해 패턴팅(patenting)이라는 항온변태를 이용한 염욕로 열처리를 수행한다. 패턴팅은 소르바이트를 얻어 인발성을 회복시키는 목적의 공정이다.
재료별로 적합한 가공법이나 처리법을 선택해야 한다. 예컨대 초경합금 공구는 열과 기계적 응력에 약하므로 전해 연삭(electrochemical grinding)처럼 열과 응력을 최소화하는 방법으로 절삭날 수명을 연장하는 것이 적절하다. 또한 다이캐스팅은 주로 알루미늄·아연 등 비철금속에 적합하며 철계 주물에는 적합하지 않다는 점을 기억한다.
유압용 작동유는 점도지수가 높은 것이 온도 변화에 따른 점도 변화를 적게 하여 유압 시스템의 안정성을 확보한다는 특성이 있다. 압연은 연속 가공으로 작업속도가 빠르고 대량생산에 적합하다는 점도 중요한 공정적 특징이다.
공구의 마모와 파손 형태는 명칭으로 구분할 수 있다. 공구 날의 일부분이 잘게 깨져 떨어져 나가는 현상은 치핑(chipping)으로 분류한다.
문제 유형은 주로 공정의 목적과 명칭을 연결하거나 재료 특성에 맞는 처리법을 고르는 형태로 출제된다. 예를 들어 '상온 이하 냉각'과 '잔류 오스테나이트 제거'가 함께 제시되면 심냉 처리를 선택해야 한다는 식의 접근을 사용한다.
또 다른 예로 '냉간 인발 후 소르바이트 조직이 필요하다'는 설명이 있으면 패턴팅을 떠올려야 하며, '초경합금의 절삭날 수명 연장'에서는 열과 응력을 최소화하는 전해 연삭을 우선 고려해야 한다.
탄소강선의 냉간 인발에 있어서 가공경화가 나타나서 계속작업이 어려울 때, 조직을 소르바이트화 시키는데 이용되는 방법으로, 염욕로 중에서 항온변태를 일으키게 하는 열처리 방법은?
정답 ③ · 탄소강선의 냉간 인발 가공 시 조직을 소르바이트화하여 가공경화를 완화하고 인발 작업을 용이하게 하는 대표적인 열처리 방법은 패턴팅(Patenting)입니다. 패턴팅은 강선을 약 950℃ 정도의 고온으로 가열한 후, 공기 중이나 500℃ 정도의 염욕로(욕조) 속에서 냉각시켜 항온변태를 일으키게 하는 처리입니다.
탄소강선의 냉간 인발 시 소르바이트 조직을 얻기 위해 항온변태를 일으키는 열처리법은 패턴팅이다.
초경합금 공구의 절삭날의 수명을 연장시키는 방법의 하나로 가장 좋은 것은?
정답 ① · 초경합금 공구는 열충격이나 기계적 응력에 취약해 연삭 시 미세한 균열이 발생하기 쉽습니다. 전해 연삭(ECG)은 전기화학적 용해 작용으로 대부분의 재료를 제거하고 숫돌 입자에 의한 기계적 마찰을 최소화하여 열 발생과 응력을 방지합니다.
초경합금은 열에 약하므로 열과 응력을 최소화하는 전해 연삭이 절삭날 수명 연장에 가장 효과적이다.
심냉 처리(sub-zero treatment)를 가장 올바르게 설명한 것은?
정답 ③ · 심냉 처리의 올바른 정의를 고르는 문제이다. 심냉 처리는 담금질 후 강을 0도 이하(보통 영하 70~100도)로 냉각하여 담금질 후에도 남아 있는 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변태시키는 열처리이다.
심냉 처리는 담금질 후 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 전환하기 위해 0℃ 이하로 냉각하는 열처리 공정이다.
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