S1 공구강 열처리 가이드
S1 공구강(1.2550, SKS41)은 약 650°C(1200°F)로 예열한 후 900°C~955°C(1650°F~1750°F)에서 오스테나이트화 처리하고, 50°C~70°C로 오일 담금질한 다음, 부품이 아직 따뜻한 상태에서 즉시 템퍼링하여 경화시킵니다. 담금질 직후의 경도는 약 57~59 HRC이며, 205°C~315°C(400°F~600°F)에서 이중 템퍼링을 통해 S1 공구강의 장점인 높은 인성과 내충격성을 얻습니다. 거칠게 가공되었거나 냉간 가공된 부품은 경화 전에 응력 제거 처리를 해야 합니다.
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스트레스 해소
응력 제거 처리는 거친 가공이나 냉간 가공 후 S1 부품을 준비하여 경화 과정에서 발생하는 변형 및 균열 위험을 줄입니다. 가공으로 인해 발생하는 내부 응력이 그대로 남아 있으면 부품이 경화 온도에 도달했을 때 심각한 미세 구조 또는 치수 변형을 유발할 수 있습니다.
- 가열 온도: 650°C~675°C(1200°F~1250°F)까지 균일하게 가열하십시오.
- 담그는 시간: 두께 25mm(1인치)당 1시간, 최소 1시간.
- 냉각: 느린 공기 냉각.
예열
열충격 및 과도한 변형을 방지하기 위해 차가운 S1 가공물을 오스테나이트화 온도에 도달한 용광로에 직접 넣어서는 안 됩니다.
- 가열 온도: 온도를 천천히 약 650°C(1200°F)까지 올리십시오.
- 담그다: 단면이 고르게 가열될 때까지 기다리세요.
복잡한 형상이나 단면적 변화가 큰 부품의 경우 예열이 매우 중요합니다. 예열은 최종 가열 과정에서 중심부와 표면의 온도 상승을 동기화하여 열 응력을 낮추고 균열을 방지합니다.
오스테나이트화(경화)
오스테나이징은 코어 경화 단계입니다. 가열을 통해 구조가 오스테나이트로 변환되고 탄화물이 기지 내에 용해됩니다. S1의 오스테나이징 온도는 너무 높지도 너무 낮지도 않아야 합니다.
- 가열 온도: 900°C ~ 955°C (1650°F ~ 1750°F).
- 보유 시간: 단면 두께에 따라 15분에서 45분까지 경화시켜 단면 전체가 완전히 굳도록 합니다.
- 대기: S1은 탈탄에 대한 저항성이 중간 정도이므로 표면 산화 및 탄소 손실을 방지하기 위해 제어된 중성 분위기, 진공 또는 중성 염욕에서 가열해야 합니다.
담금질
S1은 유경화강입니다. 크기가 크거나 단순한 단면의 경우 수냉을 간혹 사용하기도 하지만, 최상의 인성과 균열 발생 위험 최소화를 위해서는 유냉이 선호됩니다.
- 담금질 매체: 예열된 순환식 냉각유.
- 절차: 공작물의 온도가 50°C~70°C(120°F~160°F)에 도달할 때까지 담금질하십시오. 이 시점에도 공작물은 여전히 따뜻한 상태입니다.
열처리 전에 부품을 실온으로 식히지 마십시오. 급랭된 구조는 높은 내부 응력을 가지고 있으며, 열처리가 지연되면 S1은 자발적인 취성 파괴에 매우 취약해집니다.
담금질
담금질 직후 템퍼링을 하면 인성과 연성을 회복할 수 있습니다. 템퍼링은 담금질된 구조를 템퍼링된 마르텐사이트로 변환시키며, 온도는 필요한 경도에 따라 설정됩니다.
- 담그는 시간: 단면 두께 25mm(1인치)당 최소 2시간.
- 2차 열처리: 불안정한 잔류 오스테나이트를 제거하고 항복 강도 및 충격 특성을 향상시키며 사용 중 발생할 수 있는 변형이나 균열 가능성을 줄이기 위해 2차 열처리가 권장됩니다.
- 냉각: 첫 번째와 두 번째 온도 조절 사이에 실온으로 식히십시오.
900°C~955°C(1650°F~1750°F)에서 오일 담금질 후의 대략적인 경도:
| 템퍼링 온도 | 대략적인 경도(HRC) |
|---|---|
| quenched처럼 | 57세부터 59세까지 |
| 150°C (300°F) | 56세에서 58세 |
| 205°C (400°F) | 55세에서 57세 |
| 260°C (500°F) | 54에서 56까지 |
| 315°C (600°F) | 52세에서 55세 |
| 370°C (700°F) | 50~53세 |
| 425°C (800°F) | 48~50 |
| 540°C (1000°F) | 40~45세 |
끌이나 고강도 펀치와 같이 최대의 인성을 요구하는 용도에서는 S1강을 보통 205°C~315°C(400°F~600°F) 사이에서 열처리합니다. 더 높은 열처리 온도는 고온 환경에서 사용할 수 있지만, 경도가 크게 떨어집니다.
열처리 과정에서 흔히 발생하는 문제점 및 해결책
담금질 균열
두 가지 주요 원인이 있습니다. 첫 번째는 지연 열처리로, 담금질 후 부품을 실온에 너무 오래 방치하여 응력이 재료의 강도를 초과하는 경우입니다. 두 번째는 날카로운 모서리, 스탬프 자국 또는 거칠게 가공된 표면에 응력이 집중되는 것입니다. 따라서 부품을 50°C~70°C 정도의 잔류 열이 남아 있을 때 열처리로로 옮겨 즉시 열처리해야 합니다. 설계 및 가공 단계에서 중요한 접합부는 둥글게 처리하고 표면 조도를 높게 유지해야 합니다.
낮은 경도
일반적인 원인으로는 부적절한 오스테나이징 분위기로 인한 표면 탈탄, 불충분한 오스테나이징 온도 또는 유지 시간, 그리고 너무 뜨겁거나 제대로 교반되지 않은 오일로 인한 약한 담금질 등이 있습니다.
흉한 모습
변형은 일반적으로 너무 빠른 가열로 인한 열 충격이나 가열 중에 해소되는 잔류 가공 응력 때문에 발생합니다. 경화 전에 650°C로 예열하고, 담금질 전에 거칠게 가공된 부품의 응력을 제거하며, 처짐을 방지하기 위해 길거나 복잡한 부품을 지지하십시오.
탈탄 연질층
표면의 탄소가 용광로 내부의 산소나 습기와 반응하여 일산화탄소나 이산화탄소로 방출될 때 부드러운 표면층이 형성됩니다. 표면을 줄로 긁어보면 쉽게 긁히는지 확인할 수 있습니다. 만약 쉽게 긁힌다면 부드러운 표면층이 형성된 것입니다. 이를 방지하려면 산소를 차단하기 위해 진공로 또는 불활성 기체(질소 또는 아르곤) 분위기를 사용하고, 염욕의 온도를 중성으로 유지하기 위해 정기적으로 조정하며, 열처리 후 탈탄층을 제거할 수 있도록 충분한 연마 여유를 두어야 합니다.
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S1 공구강(1.2550, SKS41)은 높은 인성과 충격 저항성이 요구되는 곳에 사용됩니다. 견적을 받으시려면 필요한 크기, 수량, 상태 및 용도를 보내주십시오.
자주 묻는 질문
오스테나이트화 가열 온도는 900°C~955°C(1650°F~1750°F) 사이여야 합니다. 공작물 두께에 따라 15분에서 45분 동안 이 온도를 유지하여 완전한 관통 경화를 확보하십시오.
가공물을 650°C~675°C(1200°F~1250°F)로 균일하게 가열합니다. 두께 25mm(1인치)당 1시간(최소 1시간) 동안 유지한 후 공기 중에서 천천히 식힙니다.
최적의 인성을 확보하고 균열 발생을 최소화하려면 오일 담금질을 강력히 권장합니다. 예열된 순환 오일에 담금질하여 공작물의 온도가 50°C~70°C(120°F~160°F)로 떨어질 때까지 가열하십시오.
담금질 직후 공작물이 아직 따뜻한 상태(50°C~70°C)일 때 즉시 템퍼링하십시오. 실온까지 식히지 마십시오. 또한, 설계 시 날카로운 응력 지점 대신 둥근 모서리를 사용하십시오.
담금질 직후 최소 2시간(두께 25mm당 1인치)의 유지 시간으로 템퍼링하십시오. 최적의 항복 강도 및 충격 저항성을 얻으려면 2차 템퍼링을 강력히 권장합니다.
오일 퀜칭 후, S1강은 일반적으로 57~59 HRC의 경도를 나타냅니다. 205°C(400°F)에서 315°C(600°F) 사이의 온도에서 템퍼링하면 52~57 HRC 범위의 경도를 얻게 됩니다.
650°C(1200°F)로 예열하면 열 충격과 과도한 변형을 방지할 수 있습니다. 또한 최종 단계에서 코어와 표면의 동시 가열을 보장하여 복잡한 형상에서 열 응력 및 균열 위험을 줄입니다.
표면 산화를 방지하기 위해 진공로, 중성 염욕 또는 제어된 중성 분위기에서 강철을 가열하십시오. 탈탄이 발생할 경우, 열처리 후 영향을 받은 층을 연마하여 제거할 수 있도록 충분한 여유를 두십시오.