경화 전 탈탄 및 스톡 제거

탈탄된 표면이 균열되는 이유

탈탄은 공작물 표면에서 탄소 원자가 손실되어 표면의 탄소 함량이 바로 아래 재료보다 낮아지는 것입니다. 탈탄 깊이는 구조가 심부와 현저히 다른 층의 두께로 정의됩니다. 완전 탈탄은 전혀 경화될 수 없는 완전 페라이트 층을 남기며, 부분 탈탄 영역에서는 탄소 함량이 페라이트 표면에서 심부로 점차 증가합니다. 둘 다 탄소 분석이 아닌 에칭된 구조에서 판독되므로, 깊이는 이를 생성한 에칭과 함께 보고됩니다.

탈탄 표면의 손상은 두 가지 변화에서 비롯됩니다. 탄소 함량이 증가함에 따라 마르텐사이트 시작 온도가 낮아지므로, 탈탄된 표면은 심부보다 높은 온도에서 변태하여 그 표면에 높은 잔류 인장 응력을 남기거나 변형으로 나타나는 불균형 응력 상태를 초래합니다. 또한 표면의 경화능이 심부보다 낮기 때문에 상부 변태 생성물이 먼저 형성되고 심부에서 원하지 않았던 생성물이 핵생성되어, 동일한 부품이 연질 표면과 도면이 가정한 것보다 더 많은 마르텐사이트를 심부에 갖게 됩니다. 출처에서 제시한 임계값은 약 0.6%의 탄소 함량입니다. 이 수치 이상에서는 표면 경도가 허용 가능해야 하며, 약 0.6% 이하에서는 모든 주요 특성이 영향을 받아 예시에서 굽힘 피로가 50% 감소합니다.

층이 얼마나 깊이 가는지는 온도와 시간에 의해 결정됩니다. 탈탄은 700 °C 이상의 온도에서 발생할 수 있으며, 일반적으로 강이 910 °C 이상으로 가열되면 가장 심합니다. 현장에서 기억할 수 있는 규칙은 직경 1.6 mm(1/16 in.)당 최대 0.06 mm(0.0025 in.)의 탈탄이 입고된 봉재에 존재할 수 있다는 것이며, 직경 100 mm 봉재의 경우 반경에 약 3.75 mm의 층이 해당합니다.

강 표면의 조건, 각 조건이 도달하는 깊이, 열처리된 부품에 미치는 영향. 기사에 게시된 깊이 규칙 및 사양 한계를 설명하는 표면 조건별로 여기에 그룹화했습니다.

경화 전에 제거할 스톡 양

심과 비금속 스트링거는 경화 도면에 기계 가공 도면에는 없는 스톡 제거 허용량이 필요한 이유입니다. 심은 표면의 응력 집중원이며, 개재물 스트링거는 단조 중 열간 강이 자체 용접되는 것을 방지하여 완성 부품에 동일한 불연속을 남깁니다. 열간 압연 봉재에 둘 중 하나가 존재하는 경우, 담금질이 이를 견딜 것이라고 기대하기보다 열처리 전에 스톡을 제거하는 것이 권장됩니다. 아래 수치는 출처의 측면당 최소 제거량으로, 구매하는 크기에 따라 조정되도록 봉재 직경의 백분율로 표시했습니다.

열간 압연 봉재에서 편당 최소 권장 제거량으로, 열처리 중 응력 집중원으로 작용할 수 있는 표면 결함과 비금속 개재물을 제거하기 위한 것입니다. 최대 1.5 m (5 ft) 내에서 3.3 mm (0.13 in.)의 특수 직진도를 기준으로 구매한 봉재를 기준으로 합니다. 출처: 해당 기사 표 7.

이 수치에서 주목할 만한 두 가지 세부 사항이 있습니다. 쾌삭강의 수치는 두 조건 모두에서 비쾌삭강보다 높은데, 이는 피삭성을 위해 제조된 강이 결함과 그에 따른 편석이 더 많기 때문입니다. 또한 봉재의 상태는 강재만큼 중요합니다. 센터리스 선삭 또는 연삭은 센터 지지 선삭보다 제거량이 적게 필요한데, 봉재가 더 직선이고 초기 동심도가 더 높기 때문입니다. 냉간 마무리 봉재의 경우 출처에서는 직경 3.3 mm (0.13 in.)당 결함 또는 비금속 깊이 0.025 mm (0.001 in.)를 허용하며, 결함 깊이가 과도한 경우 더 큰 여유를 두기보다 열처리 전 자기 입자 검사를 권장합니다. 과대 치수로 구매한 봉재에서 부품을 절단하는 것이 이러한 조치 중 가장 저렴하고 가장 자주 생략되는 방법입니다.

그 손상이 얼마나 깊이 진행되는지는 로에 의해 결정되며, 진공로의 누설률은 측정 가능한 입력값 중 하나입니다.

내부 산화, 에칭으로 드러나는 층

900~950 °C의 흡열 분위기에서 침탄하면 산소와 황이 내부로 침투하여 이들과 친화력이 가장 큰 합금 원소인 망간, 크롬, 규소를 산화시킵니다. 그 결과 내부 산화(서브스케일이라고도 함)가 발생합니다. 이는 발생한 층의 경도, 굽힘 피로 강도, 표면 압축 응력 및 내마모성을 감소시키며, 흡열 분위기에서 침탄하는 동안 본질적으로 방지가 불가능합니다. 일반 침탄강의 규소 함량(약 0.25%)은 이를 생성하는 데 필요한 양보다 훨씬 높으며, 규소는 또한 망간과 크롬의 임계 농도를 낮춥니다. 니켈과 몰리브덴은 반대로 작용하여 민감도를 감소시키며, 동일한 침탄 시간 동안 탄소 포텐셜이 높을수록 생성량이 줄어듭니다.

관련된 상태를 고온 변태 생성물(HTTP)이라고 합니다. 이는 내부 산화가 위치한 동일 영역에서 형성되는 펄라이트 및 베이나이트와 같은 비마르텐사이트 조직이며, 산화보다 더 깊게 확장되며, 특히 합금량이 적은 강종에서 두드러집니다. 이는 경도, 표면 압축 응력, 굽힘 피로 강도 및 내마모성을 감소시키므로, 부품이 침탄 깊이 검사를 통과하더라도 외층 0.1 mm에서 여전히 결함이 있을 수 있습니다. 이에 대한 대책은 고갈층에서 마르텐사이트를 형성할 충분한 합금 함량을 가진 강종, 탄소 포텐셜의 후기 증가 또는 암모니아의 후기 첨가, 변형이 허용하는 경우 더 빠른 담금질, 그리고 연삭, 그릿 블라스팅 또는 쇼트 피닝에 의한 제거입니다.

ANSI/AGMA 2001-C95 및 이에 상응하는 ISO 6336-5.2 등급 ML, MQ, ME에 따른 침탄 깊이 대비 허용 가능한 내부 산화 깊이. 등급 1은 규격 값이 없으며, 쇼트 피닝에 의한 회복은 고객의 동의하에 허용됩니다. 출처: 해당 기사 표 13.

층 제거는 단순히 기계 가공으로 제거하는 것만큼 간단하지 않습니다. 출처에서는 전해 연마, 전기 화학 가공, 호닝, 연삭, 쇼트 블라스팅 및 피닝을 표면 산화물 제거 방법으로 나열한 다음, 각 방법은 인장 응력을 추가하거나, 이후 재가열 단계에서 탈탄 위험이 있거나, 깊이를 정확하게 유지하지 못할 수 있으므로 신중하게 선택해야 한다고 경고합니다. 층을 그대로 두고 표면을 가공할 수 있는 경우, 피닝은 깊이 제한을 설정하는 동일 표준에 의해 고객의 동의하에 회복 방법으로 허용됩니다.

에칭이 표면 아래에서 드러내는 층은 결정립계를 따라 이어집니다.

과열, 연소, 그리고 열처리업자가 물려받는 결함

경화 부품에서 관찰되는 모든 표면 결함이 경화 중에 발생한 것은 아닙니다. 연소는 저융점 성분이 결정립계를 따라 액체 피막으로 초기 용융되는 현상으로, 취화 원소를 그곳에 집중시키고 냉각 시 피막이 수축하면서 공공을 남깁니다. 이는 일반적으로 압연 또는 단조 중에 발생하며, 열처리 후까지 발견되지 않을 수 있어 열처리 결함으로 판독되는 경우가 있습니다. 조대화 범위로 가열하면 혼합 결정립 크기와 예측 불가능한 경화 반응이 발생하며, 결정립을 성장시킬 만큼 높은 오스테나이트화 온도는 담금질 자체가 올바르더라도 균열에 민감한 조직을 남깁니다.

둘을 구분하는 검사는 균열 프로파일입니다. 담금질 균열처럼 보이는 균열 내부에 표면 산화와 탈탄이 있는 경우, 그 균열은 부품이 아직 노 내에서 뜨거울 때 존재했으며 담금질 중에 형성되지 않은 것입니다. 담금질 균열의 내부는 고온에 노출되지 않기 때문입니다. 습식 직접 가열 가스로 분위기도 추가 원인이 되는데, 그 안에서 가열된 장입물은 건조 분위기에서는 적용되지 않을 이유로 수소를 흡수하여 균열이 발생할 수 있습니다.

강재 자체가 마지막 항목이며, 이는 제철소에서 인증서와 함께 출하되는 항목입니다. AISI 1070 베어링 레이스웨이 세트가 담금질 균열을 일으켰고, 금속 조직 검사에서 담금질 균열이 확인되었지만, 강재 분석 결과 일반 1070이 아닌 화학 성분이 나타났습니다. 납품된 재료는 중요한 모든 범위의 상한 또는 그 이상에 위치하여, 담금질 절차가 작성된 것보다 경화능이 더 높았고, 1070에 적합한 담금질은 실제로 도착한 재료에 비해 너무 심했습니다.

베어링 레이스웨이로 담금질 균열이 발생한 AISI 1070 규격에 따라 납품된 강재. 탄소, 망간 및 몰리브덴이 모두 범위의 상한 또는 그 이상에 위치하므로, 납품된 강재의 경화능이 담금질 절차가 작성된 것보다 높았습니다. 출처: 해당 기사 표 6.

공구강 주문에서 이것이 의미하는 바

경화 공구가 건전한 표면으로 수명을 시작하는지를 결정하는 네 가지 항목이 있으며, 모두 주문서에 명시할 수 있습니다. 소재 여유는 제거 수치가 직경의 백분율이므로 봉재를 구매하는 사람만이 부품에 재료를 남길 수 있습니다. 탈탄 및 결함 한계는 일반적인 보증이 아닌 표준에 따라 표현됩니다. 사이클의 분위기와 탄소 포텐셜은 내부 산화와 그에 따른 변태 생성물이 강재가 아닌 노에 의해 결정되기 때문입니다. 그리고 실제 납품된 화학 성분은 담금질 절차가 작성된 경화능과 대조하여 확인해야 합니다. 강재가 자체 규격 내에 있더라도 탱크 내 담금질에 맞지 않는 강재일 수 있기 때문입니다. 현장에서 가장 자주 보는 열처리 결함과 각각의 원인 및 교정 방법은 다음에 정리되어 있습니다. 공구강 열처리 문제 해결 차트, 동일한 문제의 담금질제 측면은 다음에 있습니다 공구강용 담금질 매체, 그리고 그 결과 발생하는 균열은 다음에 설명되어 있습니다 공구강의 담금질 균열. 층이 형성된 후 이를 측정하는 방법은 다음에 다루어져 있습니다 개재물 및 결정립 크기 측정, 제철소에서 발생하는 결함은 다음에 분류되어 있습니다 압연 강봉의 결함 및 불연속부, 그리고 답을 결정하는 화학 성분은 다음에 제시되어 있습니다 강 화학 성분 시험 방법 그리고 다음에 공구강 조성 차트. 층을 제거하지 않고 복원하는 표면 처리는 다음에 그룹화되어 있습니다 공구 수명을 위한 스팀 처리, 이 모든 것에 수반되는 치수 변화는 다음에 있습니다 열처리 시 치수 변화, 그리고 더 넓은 검사 순서는 다음에 있습니다 공구 및 금형 고장 분석 그리고 파단면 특징.

출처: ASM Handbook, Volume 11, Failure Analysis and Prevention, ASM International, 2002.