탄소강 부품

간단한 설명:

탄소강이라는 용어는 스테인리스강이 아닌 강과 관련하여 사용될 수도 있습니다.이 용도에서 탄소강은 합금강을 포함할 수 있습니다.고탄소강은 밀링 머신, 절삭 공구(예: 끌) 및 고강도 와이어와 같은 다양한 용도로 사용됩니다.


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탄소강 부품의 침입

탄소강은 탄소 함량이 약 0.05~3.8중량%인 강입니다.American Iron and Steel Institute(AISI)의 탄소강 정의는 다음과 같이 설명합니다.
1. 크롬, 코발트, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄 또는 원하는 합금 효과를 얻기 위해 추가되는 기타 원소에 대한 최소 함량이 지정되거나 요구되지 않습니다.
2. 구리에 대해 지정된 최소값은 0.40%를 초과하지 않습니다.
3. 또는 다음 원소에 대해 명시된 최대 함량은 명시된 비율을 초과하지 않습니다: 망간 1.65%;실리콘 0.60%;구리 0.60%.
탄소강이라는 용어는 스테인리스강이 아닌 강과 관련하여 사용될 수도 있습니다.이 용도에서 탄소강은 합금강을 포함할 수 있습니다.고탄소강은 밀링 머신, 절삭 공구(예: 끌) 및 고강도 와이어와 같은 다양한 용도로 사용됩니다.이러한 응용 분야에는 훨씬 더 미세한 미세 구조가 필요하므로 인성이 향상됩니다.

탄소강 부품의 열처리

탄소 백분율 함량이 증가함에 따라 강철은 열처리를 통해 더 단단해지고 강해질 수 있습니다.그러나 덜 연성이 됩니다.열처리에 관계없이 탄소 함량이 높으면 용접성이 감소합니다.탄소강에서 탄소 함량이 높을수록 융점이 낮아집니다.

탄소강 열처리의 목적은 강철의 기계적 특성, 일반적으로 연성, 경도, 항복 강도 또는 내충격성을 변경하는 것입니다.전기 및 열전도율은 약간만 변경됩니다.강철에 대한 대부분의 강화 기술과 마찬가지로 영률(탄성)은 영향을 받지 않습니다.강철의 모든 처리는 강도 증가를 위해 연성을 거래하며 그 반대도 마찬가지입니다.철은 오스테나이트 상에서 탄소에 대한 용해도가 더 높습니다.따라서 구상화 및 공정 어닐링을 제외한 모든 열처리는 오스테나이트 상이 존재할 수 있는 온도까지 강을 가열하는 것으로 시작됩니다.그런 다음 강철은 중간에서 낮은 속도로 급랭(열 인출)되어 탄소가 오스테나이트 밖으로 확산되어 철-탄화물(시멘타이트)을 형성하고 페라이트를 남기거나 높은 속도로 철 내부에 탄소를 가둬 마르텐사이트를 형성합니다. .강이 공석 온도(약 727 °C)를 통해 냉각되는 속도는 탄소가 오스테나이트 밖으로 확산되어 시멘타이트를 형성하는 속도에 영향을 미칩니다.일반적으로 빠르게 냉각하면 탄화철이 미세하게 분산되어 미세한 입자의 펄라이트가 생성되고 천천히 냉각하면 더 거친 펄라이트가 생성됩니다.차공석 강철(0.77wt% C 미만)을 냉각하면 α-페라이트(거의 순수한 철)가 있는 탄화철 층의 라멜라-진주 구조가 생성됩니다.과공석강(0.77wt% C 이상)인 경우 구조는 결정립계에 형성된 시멘타이트의 작은 입자(펄라이트 라멜라보다 큼)가 있는 완전한 펄라이트입니다.공석 강철(0.77% 탄소)은 경계에 시멘타이트가 없는 결정립 전체에 펄라이트 구조를 갖습니다.구성 요소의 상대적인 양은 지렛대 규칙을 사용하여 구합니다.다음은 가능한 열처리 유형의 목록입니다.

탄소강 부품 대 합금강 부품

합금강은 기계적 성질을 향상시키기 위해 중량의 1.0%에서 50% 사이의 다양한 원소를 합금한 강철입니다.합금강은 저합금강과 고합금강의 두 그룹으로 나뉩니다.둘 사이의 차이는 논쟁의 여지가 있습니다.Smith와 Hashemi는 차이를 4.0%로 정의하고 Degarmo 등은 8.0%로 정의합니다.가장 일반적으로 "합금강"이라는 문구는 저합금강을 나타냅니다.

엄밀히 말하면 모든 강철은 합금이지만 모든 강철을 "합금강"이라고 하는 것은 아닙니다.가장 단순한 강은 탄소(C)와 합금된 철(Fe)입니다(유형에 따라 약 0.1% ~ 1%).그러나 "합금강"이라는 용어는 탄소 외에 의도적으로 다른 합금 원소를 첨가한 강을 지칭하는 표준 용어이다.일반적인 합금에는 망간(가장 일반적인 것), 니켈, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 실리콘 및 붕소가 포함됩니다.덜 일반적인 합금에는 알루미늄, 코발트, 구리, 세륨, 니오븀, 티타늄, 텅스텐, 주석, 아연, 납 및 지르코늄이 있습니다.

강도, 경도, 인성, 내마모성, 내식성, 경화성 및 고온 경도와 같은 합금강(탄소강과 비교하여)의 개선된 특성 범위는 다음과 같습니다.이러한 개선된 특성 중 일부를 달성하려면 금속에 열처리가 필요할 수 있습니다.

이들 중 일부는 제트 엔진의 터빈 블레이드 및 원자로와 같은 이국적이고 매우 까다로운 응용 분야에서 사용됩니다.철의 강자성 특성 때문에 일부 강철 합금은 전기 모터 및 변압기를 포함하여 자기에 대한 반응이 매우 중요한 중요한 응용 분야를 찾습니다.

탄소강 부품의 열처리

구상화
구상다이트는 탄소강이 30시간 이상 동안 약 700°C로 가열될 때 형성됩니다.회전 타원체는 더 낮은 온도에서 형성될 수 있지만 이것이 확산 제어 프로세스이기 때문에 필요한 시간이 급격히 증가합니다.그 결과 1차 구조(공석의 어느 면에 있는지에 따라 페라이트 또는 펄라이트) 내의 시멘타이트 막대 또는 구 구조가 생성됩니다.목적은 고급 탄소강을 연화하고 더 많은 성형성을 허용하는 것입니다.이것은 강철의 가장 부드럽고 연성이 있는 형태입니다.

풀 어닐링
탄소강은 1시간 동안 Ac3 또는 Acm보다 약 40°C 높게 가열됩니다.이것은 모든 페라이트가 오스테나이트로 변형되는 것을 보장합니다(비록 탄소 함량이 공석보다 큰 경우 시멘타이트는 여전히 존재할 수 있음).그런 다음 강철은 시간당 20°C(36°F) 범위로 천천히 냉각되어야 합니다.일반적으로 용광로가 냉각되어 용광로가 꺼지고 강철이 여전히 내부에 있습니다.이것은 펄라이트의 "밴드"가 두껍다는 것을 의미하는 거친 펄라이트 구조를 초래합니다.완전 어닐링된 강철은 부드럽고 연성이 있으며 내부 응력이 없으며 이는 종종 비용 효율적인 성형에 필요합니다.구상화된 강철만이 더 부드럽고 연성이 있습니다.

공정 어닐링
0.3% C 미만의 냉간 가공된 탄소강에서 응력을 완화하는 데 사용되는 공정. 강철은 일반적으로 1시간 동안 550–650°C로 가열되지만 때로는 700°C까지 높은 온도까지 가열됩니다.오른쪽 이미지[설명 필요]는 공정 어닐링이 발생하는 영역을 보여줍니다.

등온 어닐링
차공석강을 임계 상한 온도 이상으로 가열하는 공정입니다.이 온도를 일정 시간 유지한 후 임계 하한 온도 이하로 낮추고 다시 유지합니다.그런 다음 실온으로 냉각됩니다.이 방법은 온도 구배를 제거합니다.

정규화
탄소강은 1시간 동안 Ac3 또는 Acm보다 약 55°C 높게 가열됩니다.이것은 강철이 오스테나이트로 완전히 변형되도록 합니다.그런 다음 강철은 분당 약 38°C(100°F)의 냉각 속도인 공냉식입니다.그 결과 미세한 펄라이트 구조와 보다 균일한 구조가 생성됩니다.정규화 강은 어닐링 강보다 강도가 높습니다.그것은 상대적으로 높은 강도와 ​​경도를 가지고 있습니다.

담금질
0.4wt% C 이상의 탄소강을 정상화 온도로 가열한 다음 물, 염수 또는 오일에서 임계 온도까지 급속 냉각(급냉)합니다.임계 온도는 탄소 함량에 따라 다르지만 일반적으로 탄소 함량이 증가할수록 낮아집니다.이것은 마르텐사이트 구조를 초래합니다.변형된 체심 입방체(BCC) 결정 구조에서 과포화 탄소 함량을 갖는 강철 형태로, 적절하게는 체심 정방정(BCT)이라고 하며 많은 내부 응력을 가집니다.따라서 담금질된 강철은 극도로 단단하지만 부서지기 쉽고 일반적으로 실용적인 목적으로는 너무 부서지기 쉽습니다.이러한 내부 응력은 표면에 응력 균열을 일으킬 수 있습니다.담금질된 강철은 일반 강철보다 약 3배 더 단단합니다(4배 더 많은 탄소 포함).

마르템퍼링(마르퀜칭)
마템퍼링은 실제로 템퍼링 절차가 아니므로 마퀜칭이라는 용어가 사용됩니다.이는 "마르텐사이트 시작 온도" 바로 위의 온도에서 일반적으로 용융염 수조에서 초기 급랭 후에 적용되는 등온 열처리의 한 형태입니다.이 온도에서 재료 내의 잔류 응력이 완화되고 다른 것으로 변할 시간이 없는 잔류 오스테나이트에서 일부 베이나이트가 형성될 수 있습니다.산업에서 이것은 재료의 연성과 경도를 제어하는 ​​데 사용되는 공정입니다.마칭이 길어지면 강도 손실이 최소화되면서 연성이 증가합니다.강철은 부품의 내부 및 외부 온도가 같아질 때까지 이 용액에 유지됩니다.그런 다음 강철은 온도 구배를 최소로 유지하기 위해 적당한 속도로 냉각됩니다.이 공정은 내부 응력과 응력 균열을 감소시킬 뿐만 아니라 충격 저항도 증가시킵니다.

템퍼링
이것은 최종 특성이 템퍼링의 온도와 시간에 의해 정확하게 결정될 수 있기 때문에 접하게 되는 가장 일반적인 열처리입니다.템퍼링은 담금질된 강철을 공석 온도 이하의 온도로 재가열한 다음 냉각하는 것을 포함합니다.상승된 온도는 매우 적은 양의 스페로이드가 형성되도록 하여 연성을 회복하지만 경도를 감소시킵니다.실제 온도와 시간은 각 구성에 대해 신중하게 선택됩니다.

오스템퍼링
오스템퍼링 공정은 담금질을 중단하고 강철을 205°C와 540°C 사이의 온도에서 용융 염욕에 유지한 다음 적당한 속도로 냉각한다는 점을 제외하고는 마르템퍼링과 동일합니다.베이나이트(bainite)라고 하는 생성된 강철은 강철에 침상 미세조직을 생성하는데, 이는 마르텐사이트 강철보다 강도가 높고(그러나 마르텐사이트보다 낮음), 연성이 더 크며, 내충격성이 더 높으며, 뒤틀림이 적습니다.오스템퍼링의 단점은 소수의 강철에만 사용할 수 있고 특수 염욕이 필요하다는 것입니다.

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