디지털 마이크로스코프를 이용한 열처리 후 금속의 관찰·측정

열처리란

열처리란 특정 재료를 적절한 온도와 속도로 가열·냉각함으로써 그 재료의 특성을 개량하는 조작으로, 존재하는 상의 종류나 배합이 온도에 의하여 변하는 재료에 이용되는 공정입니다. 또한 변화시키는 성질로는 강도, 경도, 점도, 내충격성, 내마모성, 내부식성, 내식성, 절삭성, 냉간 가공성 등이 있으며, 절단이나 소성 가공과 같은 금속 가공의 한 종류로 분류됩니다.

대표적인 열처리

담금질

강철을 단단하고 강하게 만드는 열처리입니다. 일반적인 강철은 700℃까지 가열하면 소재가 적색을 띠며 결정 구조와 성질의 변화가 시작됩니다. 이 성질 변화를 「변태」, 그 변화가 시작되는 온도를 「변태 온도」라고 합니다. 담금질이란 철 결정을 변태 온도를 초과하는 온도에서 탄소가 많이 용입된 오스테나이트로 변화시킴으로써 탄소를 철 결정 안에 고용(固溶)시킨 후, 물이나 기름으로 단번에 냉각시킴으로써 마르텐사이트라는 매우 단단한 결정으로 바꾸는 열처리입니다.

어닐링

강철의 결정 입도를 조정하여 부드럽게 만드는 열처리입니다. 변태 온도의 약 +50도로 가열하고 1시간 가량을 유지한 후 용광로 내에서 천천히 냉각시킵니다. 제품 가공 시 절삭하기 쉽도록 하는 것이 목적인 열처리입니다.

노멀라이징

불균일한 강철의 조직을 절삭 가공이나 프레스 가공에 적합한 상태로 개선하는 열처리입니다. 변태 온도의 약 +50도로 가열하고 공기로 냉각하면 결정 입자가 미세화되어 강인성이 향상됩니다.

템퍼링

담금질 또는 노멀라이징 처리한 강철의 경도를 감소시키고 점성 강도를 증가시키는 열처리입니다. 500도 정도의 온도에서 열처리를 실시하고 다시 식힙니다. 그렇게 하면 「단단하고 점성이 있는 강철」이 됩니다. 템퍼링이란 마르텐사이트에서 미세한 페라이트나 시멘타이트가 석출된 조직으로 되돌려 점성 강도(인성)를 회복시키는 열처리입니다.

담금질·템퍼링의 원리

상온 상태의 철은 정육면체의 각 모서리와 중심에 원자가 위치하는 「체심 입방 격자」라는 형태입니다.
담금질을 실시하면 철은 정육면체의 각 모서리와 면의 중심에 원자가 위치하는 「면심 입방 격자」라는 형태가 되고 그곳으로 탄소가 용입됩니다.
급속하게 냉각시키면 철은 「체심 입방 격자」 구조로 되돌아가려 합니다. 그러나 이미 탄소를 흡수했기 때문에 왜곡된 구조가 되어 단단해집니다.

담금질

템퍼링