뜨임은 담금질된 공작물을 적절한 온도Ac₁ 임계 온도 미만까지 재가열하여 일정 시간 동안 유지한 후 특정 속도로 냉각하여 재료의 인성을 향상시키는 열처리 공정입니다. 이는 강철의 미세 구조와 특성을 결정하는 중요한 공정입니다.
담금질된 강철(예: 마르텐사이트 구조의 강철)은 극도로 높은 경도와 내마모성을 나타내지만, 두 가지 주요 문제가 있습니다. 첫째, 많은 양의 잔류 담금질 내부 응력이 남아 있어 강철 부품에 균열이나 변형을 쉽게 일으킵니다. 둘째, 인성이 매우 낮고 취성이 높아 충격이나 복잡한 하중을 견딜 수 없습니다. 가열 온도와 유지 시간을 조정하여 뜨임은 이러한 문제를 구체적으로 해결하며, 다음과 같은 구체적인 목표를 가지고 있습니다.
- 내부 응력 제거: 가열은 강철 원자에게 일정 정도의 이동성을 제공하여 담금질 중 급격한 미세 구조 변환(예: 오스테나이트의 급속 냉각에서 마르텐사이트로)으로 인해 발생하는 내부 응력을 완화하고 강철 부품의 후속 가공 또는 사용 중 균열 위험을 줄입니다.
- 기계적 특성 조정: 요구 사항에 따라 강철의 특성을 "맞춤화"합니다. 높은 경도(예: 절삭 공구, 다이)가 필요한 경우 저온 뜨임을 선택하여 담금질 경도의 대부분을 유지할 수 있습니다. 높은 인성(예: 샤프트, 기어)이 필요한 경우 고온 뜨임을 사용하여 일부 경도를 줄이면서 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
- 미세 구조 및 치수 안정화: 불안정한 담금질 미세 구조(예: 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트)를 더 안정적인 구조(예: 템퍼링된 마르텐사이트, 소르바이트)로 변환하여 장기간 사용 중 미세 구조 변화로 인한 치수 변동을 방지하고 정밀도를 보장합니다.
- 가공성 향상: 담금질된 강철의 경도를 낮추어 절삭 및 연삭과 같은 후속 기계 가공을 용이하게 합니다(예: 공구강은 뜨임 후 연삭이 더 쉬워집니다).
- 강철 부품은담금질 후 바로 사용할 수 없으며즉시 뜨임해야 합니다.
- 공작물의 경도, 강도, 연성 및 인성을 조정하여 사용 성능 요구 사항을 충족합니다. 담금질된 강철은 일반적으로 경도와 취성이 높으며, 뜨임은 경도와 인성을 조정할 수 있습니다.
- 담금질 중에 생성된 잔류 내부 응력을 제거하거나 줄여 변형 또는 균열을 방지합니다.
- 정밀도를 보장하기 위해 미세 구조와 치수를 안정화합니다. 담금질된 강철의 미세 구조는 담금질된 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트로 구성되며, 둘 다 준안정 상태이며 안정적인 구조(즉, 페라이트와 시멘타이트로 자발적으로 변환)로 변환되는 경향이 있습니다. 이 변환은 공작물의 크기와 모양의 변화를 일으킬 수 있습니다. 뜨임은 담금질된 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 더 안정적인 미세 구조로 변환하여 사용 중 크기나 모양의 변화가 없도록 합니다.
뜨임 공정에는 네 가지 유형의 반응이 포함됩니다. 마르텐사이트의 분해; 탄화물의 석출, 변환, 응집 및 성장; 페라이트의 회복 및 재결정; 잔류 오스테나이트의 분해.
담금질된 강철을 200°C 미만으로 가열하면 미세 ε-탄화물(Fe₃C)이 마르텐사이트에서 석출되기 시작하여 마르텐사이트의 과포화를 줄이고 내부 응력을 부분적으로 제거합니다. 이러한 초미세 ε-탄화물과 저포화 α-고용체로 구성된 미세 구조를템퍼링된 마르텐사이트(Mₘₑₗ).
담금질된 마르텐사이트가 템퍼링된 마르텐사이트로 변환된 후 부피가 줄어들어 잔류 오스테나이트에 대한 압력이 감소합니다. 이 시점에서 잔류 오스테나이트는 분해되어 베이나이트 구조를 형성합니다.
이 변환은 중간 탄소강 및 고탄소강에서 비교적 뚜렷합니다. 탄소강 및 탄소 함량이 0.4% 미만인 저합금강의 경우 잔류 오스테나이트의 양이 매우 적어 이 변환은 본질적으로 무시할 수 있습니다. 따라서 템퍼링된 미세 구조는 200–300°C에서 템퍼링된 마르텐사이트로 유지됩니다.
온도가 250°C를 초과하면 마르텐사이트 분해가 완료되고 사방정계가 사라집니다. ε-탄화물은 미세하고 안정적인 시멘타이트(Fe₃C)로 변환되고 대부분의 담금질 내부 응력이 제거됩니다. 300–500°C 사이의 뜨임은 페라이트 매트릭스와 다수의 미세하게 분산된 입상 시멘타이트로 구성된 혼합 미세 구조를 생성하며, 이를템퍼링된 트루스타이트(Tₘₑₗ).
뜨임 온도가 400°C 이상에 도달하면 판상 페라이트가 다각형화되고 미세 입상 Fe₃C가 구형화되어 성장합니다. 담금질 내부 응력이 완전히 제거됩니다. 500–650°C 사이의 뜨임은 비교적 큰 입상 시멘타이트가 분포된 다각형 페라이트 매트릭스로 구성된 미세 구조를 생성하며, 이를템퍼링된 소르바이트(Sₘₑₗ).
뜨임은 온도 범위에 따라 저온 뜨임, 중온 뜨임 및 고온 뜨임으로 분류됩니다.
- 뜨임 온도: 150–250°C
- 미세 구조: 템퍼링된 마르텐사이트(Mₘₑₗ) — 초미세 ε-탄화물과 저포화 α-고용체의 혼합물. 광학 현미경에서 템퍼링된 마르텐사이트는 검게 나타나고 잔류 오스테나이트는 하얗게 나타납니다.
- 목적: 담금질된 공작물의 높은 경도(일반적으로 58–64 HRC)와 내마모성을 유지하면서 잔류 담금질 응력과 취성을 줄입니다.
- 응용 분야: 주로 고탄소강 공구, 절삭 공구, 측정 공구, 다이, 롤링 베어링, 침탄 부품 및 표면 담금질 부품의 열처리에 사용됩니다.
- 뜨임 온도: 350–500°C
- 미세 구조: 템퍼링된 트루스타이트(Tₘₑₗ) — 마르텐사이트 형태를 유지하는 페라이트 매트릭스에 분포된 미세 입상 시멘타이트의 미세 구조.
- 목적: 높은 탄성 한계, 항복 강도 및 일정 정도의 인성을 달성합니다. 대부분의 내부 응력이 제거되고 경도는 35–45 HRC입니다.
- 응용 분야: 주로 스프링, 태엽 스프링, 단조 다이 및 충격 공구의 열처리에 사용됩니다.
- 뜨임 온도: 500–650°C
- 미세 구조: 템퍼링된 소르바이트(Sₘₑₗ) — 다각형 페라이트 매트릭스에 분포된 입상 Fe₃C의 미세 구조.
- 목적: 우수한 종합 기계적 특성(균형 잡힌 강도, 연성 및 인성)을 얻습니다. 내부 응력이 완전히 제거되고 경도는 25–35 HRC입니다. 템퍼링된 소르바이트는 우수한 종합 기계적 특성을 가지므로 "담금질 + 고온 뜨임"의 조합을 일반적으로담금질 및 뜨임(QT)이라고 하거나, 넓은 의미에서 단순히 "뜨임"이라고 합니다.
- 응용 분야: 담금질 및 뜨임은 주로 다양한 중요한 구조 부품(예: 교번 하중 및 높은 피로 저항 요구 사항을 받는 연결 로드, 샤프트 및 기어)에 대한 최종 열처리로 사용됩니다. 또한 표면 담금질 부품, 질화 부품, 정밀 절삭 공구, 측정 공구 및 다이의 예열 처리로 자주 사용됩니다.
위의 뜨임 공정의 온도 범위는 탄소강 및 저합금강에 적용되며, 합금 원소 함량이 높은 중합금강 및 고합금강에는적용되지 않습니다.
뜨임 온도에 따라 담금질된 강철의 충격 인성이 변합니다. 뜨임 온도가 증가함에 따라 강철의 경도는 감소하는 경향이 있는 반면, 인성은 일반적으로 증가합니다. 그러나 250–400°C 및 450–650°C의 온도 범위에서 두 개의 최소값이 나타납니다. 이 현상을뜨임 취성이라고 하며, 저온 뜨임 취성 및 고온 뜨임 취성으로 나뉩니다.
이는 250–400°C에서 뜨임할 때 담금질된 강철이 나타내는 취성을 의미합니다. 일단 형성된 취성은 재가열로 제거할 수 없으므로비가역적 뜨임 취성이라고도 합니다. 주요 원인은 이 온도 범위에서 뜨임하는 동안 마르텐사이트가 분해되고 시멘타이트가 결정립계에 석출되어 결정립계 파괴 강도를 감소시키고 매트릭스의 연속성을 파괴하기 때문입니다. 거의 모든 강철이 이러한 유형의 뜨임 취성을 나타내며, 현재 이를 완전히 제거할 수 있는 효과적인 방법이 없습니다. 따라서 담금질된 강철은 일반적으로 250–350°C 범위에서 뜨임되지 않습니다.
이는 450–650°C 범위에서 뜨임 후 천천히 냉각될 때 담금질된 강철이 나타내는 취성을 의미합니다. 강철을 600°C 이상으로 재가열하고 급냉하면 인성을 회복할 수 있으므로가역적 뜨임 취성.
이러한 유형의 취성은 Cr, Ni, Si 및 Mn과 같은 합금 원소를 포함하는 구조용 강철에서 주로 발생합니다. 주요 특징은 뜨임 후 급냉(유냉)은 취성을 유발하지 않지만, 서냉(공냉)은 취성을 유발한다는 것입니다. 이러한 강철을 고온에서 뜨임해야 하는 경우 일반적으로 600°C 이상으로 가열하고 급냉합니다. 물론, 이 온도에서 급냉해도 오스테나이트화가 발생하지 않으므로 경화가 발생하지 않습니다.
일반적으로 우수한 종합 기계적 특성을 얻기 위해 합금 구조용 강철은 세 가지 다른 온도 범위에서 뜨임됩니다. 초고강도 강철은 약 200–300°C, 스프링 강철은 약 460°C, 담금질 및 뜨임 강철은 550–650°C입니다. 높은 경도와 강도가 필요한 탄소강 및 합금 공구강은 일반적으로 200°C 이하의 온도에서 뜨임됩니다. 합금 구조용 강철, 다이강 및 고속강은 모두 500–650°C 범위에서 뜨임됩니다.
- 뜨임은처리되지 않은 담금질된 강철에는 의미가 없습니다. 따라서 담금질과 함께 최종 열처리 공정으로 사용됩니다.
- 담금질된 부품의 보관 중 변형 또는 균열을 방지하기 위해 강철 부품은담금질 후 즉시 뜨임해야 합니다.
- 불충분한 뜨임은 추가적인 적절한 뜨임 공정으로 보상할 수 있습니다. 그러나 과도한 뜨임이 발생하면 이전의 모든 노력이 낭비되고 부품을 다시 담금질해야 합니다.
- 뜨임은경화 방법이 아닙니다. 반대로, 열처리된 경화 강철을 재가열하여 응력을 완화하고 재료를 연화하며 연성을 향상시키는 것입니다.
- 뜨임으로 인한 미세 구조 변화 및 특성 수정은 강철을 재가열하는 온도에 따라 달라집니다. 온도가 높을수록 효과가 더 큽니다. 따라서 온도의 선택은 일반적으로 연성과 인성을 얻기 위해 경도와 강도를 얼마나 희생하는지에 따라 달라집니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!