탄소강 부품
탄소강은 탄소 함량이 중량 기준 약 0.05~3.8%인 강철입니다.미국철강협회(AISI)의 탄소강 정의는 다음과 같습니다.
1. 원하는 합금 효과를 얻기 위해 첨가할 크롬, 코발트, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄 또는 기타 원소에 대한 최소 함량이 지정되거나 요구되지 않습니다.
2. 구리의 지정된 최소값은 0.40%를 초과하지 않습니다.
3. 또는 다음 요소에 대해 지정된 최대 함량이 명시된 백분율을 초과하지 않습니다. 망간 1.65%;실리콘 0.60%;구리 0.60%.
탄소강이라는 용어는 스테인레스강이 아닌 강철과 관련하여 사용될 수도 있습니다.이 용도에서 탄소강에는 합금강이 포함될 수 있습니다.고탄소강은 밀링 머신, 절삭 공구(끌 등), 고강도 와이어 등 다양한 용도로 사용됩니다.이러한 응용 분야에는 훨씬 더 미세한 미세 구조가 필요하므로 인성이 향상됩니다.
탄소 비율 함량이 증가함에 따라 강철은 열처리를 통해 더 단단해지고 강해지는 능력을 갖습니다.그러나 연성이 낮아집니다.열처리에 관계없이 탄소 함량이 높을수록 용접성은 감소합니다.탄소강에서는 탄소 함량이 높을수록 융점이 낮아집니다.
탄소강을 열처리하는 목적은 강철의 기계적 특성, 일반적으로 연성, 경도, 항복 강도 또는 내충격성을 변화시키는 것입니다.전기 및 열 전도성은 약간만 변경됩니다.대부분의 강철 강화 기술과 마찬가지로 영률(탄성)은 영향을 받지 않습니다.강도 증가를 위해 철강 무역 연성을 모두 처리하고 그 반대도 마찬가지입니다.철은 오스테나이트 상에서 탄소에 대한 용해도가 더 높습니다.따라서 구형화 및 공정 어닐링을 제외한 모든 열처리는 오스테나이트 상이 존재할 수 있는 온도까지 강을 가열하는 것부터 시작됩니다.그런 다음 강철은 적당한 속도에서 낮은 속도로 담금질(열 인출)되어 탄소가 오스테나이트에서 확산되어 탄화철(시멘타이트)을 형성하고 페라이트를 남기거나 빠른 속도로 철 내에 탄소를 가두어 마르텐사이트를 형성합니다. .강철이 공석 온도(약 727°C)까지 냉각되는 속도는 탄소가 오스테나이트에서 확산되어 시멘타이트를 형성하는 속도에 영향을 미칩니다.일반적으로 빠르게 냉각하면 탄화철이 미세하게 분산되어 미세한 입자의 펄라이트가 생성되고, 천천히 냉각하면 더 거친 펄라이트가 생성됩니다.아공석강(0.77wt% C 미만)을 냉각하면 사이에 α-페라이트(거의 순철)가 있는 탄화철 층의 라멜라-펄라이트 구조가 생성됩니다.과공석강(0.77wt% C 이상)인 경우 조직은 입자 경계에 시멘타이트의 작은 입자(펄라이트 라멜라보다 큰)가 형성된 완전 펄라이트입니다.공석강(0.77% 탄소)은 경계에 시멘타이트가 없는 입자 전체에 펄라이트 구조를 갖습니다.구성성분의 상대적인 양은 지렛대 법칙을 사용하여 구합니다.다음은 가능한 열처리 유형 목록입니다.
합금강은 기계적 성질을 향상시키기 위해 중량의 1.0%에서 50% 사이의 다양한 원소를 합금화한 강입니다.합금강은 저합금강과 고합금강의 두 그룹으로 분류됩니다.둘 사이의 차이점은 논쟁의 여지가 있습니다.Smith와 Hashemi는 차이를 4.0%로 정의한 반면 Degarmo 등은 이를 8.0%로 정의했습니다.가장 일반적으로 "합금강"이라는 문구는 저합금강을 의미합니다.
엄밀히 말하면 모든 강철은 합금이지만 모든 강철을 "합금강"이라고 부르는 것은 아닙니다.가장 단순한 강철은 탄소(C)(유형에 따라 약 0.1%~1%)와 합금된 철(Fe)입니다.그러나 "합금강"이라는 용어는 탄소 외에 의도적으로 다른 합금 원소를 첨가한 강을 가리키는 표준 용어입니다.일반적인 합금에는 망간(가장 일반적인 합금), 니켈, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 실리콘 및 붕소가 포함됩니다.덜 일반적인 합금에는 알루미늄, 코발트, 구리, 세륨, 니오븀, 티타늄, 텅스텐, 주석, 아연, 납 및 지르코늄이 포함됩니다.
다음은 탄소강과 비교하여 합금강의 향상된 특성 범위입니다: 강도, 경도, 인성, 내마모성, 내식성, 담금질성 및 열간 경도.이러한 개선된 특성 중 일부를 달성하려면 금속에 열처리가 필요할 수 있습니다.
이들 중 일부는 제트 엔진의 터빈 블레이드 및 원자로와 같이 이색적이고 까다로운 응용 분야에서 사용됩니다.철의 강자성 특성으로 인해 일부 강철 합금은 전기 모터 및 변압기를 포함하여 자성에 대한 반응이 매우 중요한 중요한 응용 분야를 찾습니다.
구형화
구상석은 탄소강을 약 700°C에서 30시간 이상 가열하면 형성됩니다.구형석은 더 낮은 온도에서 형성될 수 있지만 확산 제어 공정이므로 필요한 시간이 크게 늘어납니다.결과는 1차 구조(공석의 어느 쪽에 있는지에 따라 페라이트 또는 펄라이트) 내에 시멘타이트의 막대 또는 구의 구조입니다.그 목적은 고탄소강을 연화시키고 더 많은 성형성을 허용하는 것입니다.이것은 가장 부드럽고 가장 연성이 있는 강철 형태입니다.
완전 어닐링
탄소강은 Ac3 또는 Acm보다 약 40°C 높은 온도에서 1시간 동안 가열됩니다.이렇게 하면 모든 페라이트가 오스테나이트로 변환됩니다(탄소 함량이 공석보다 많으면 시멘타이트가 여전히 존재할 수 있지만).그런 다음 강철을 시간당 20°C(36°F) 범위에서 천천히 냉각해야 합니다.일반적으로 용광로 냉각을 통해 용광로를 끄고 강철은 여전히 내부에 남아 있습니다.이는 거친 펄라이트 구조를 초래하며, 이는 펄라이트의 "밴드"가 두꺼움을 의미합니다.완전히 어닐링된 강철은 부드럽고 연성이 있으며 내부 응력이 없으며 이는 종종 비용 효율적인 성형에 필요합니다.구형화된 강철만이 더 부드럽고 더 연성이 있습니다.
어닐링 공정
0.3% C 미만의 냉간 가공 탄소강에서 응력을 완화하는 데 사용되는 공정입니다. 강철은 일반적으로 550~650°C에서 1시간 동안 가열되지만 때로는 700°C까지 올라가는 경우도 있습니다.오른쪽 이미지[설명 필요]는 공정 어닐링이 발생하는 영역을 보여줍니다.
등온 어닐링
아공석강을 상한 임계온도 이상으로 가열하는 공정이다.이 온도는 한동안 유지되었다가 임계하한온도 이하로 감소되었다가 다시 유지된다.그런 다음 실온으로 냉각됩니다.이 방법은 온도 구배를 제거합니다.
정규화
탄소강은 Ac3 또는 Acm보다 약 55°C 높은 온도에서 1시간 동안 가열됩니다.이는 강철이 오스테나이트로 완전히 변태되는 것을 보장합니다.그런 다음 강철은 공랭식으로 냉각되며 이는 분당 약 38°C(100°F)의 냉각 속도입니다.이는 미세한 펄라이트 구조와 더욱 균일한 구조를 가져옵니다.노멀라이즈 강철은 어닐링 강철보다 강도가 더 높습니다.상대적으로 높은 강도와 경도를 가지고 있습니다.
담금질
C가 0.4wt% 이상인 탄소강을 정상 온도까지 가열한 후 물, 염수 또는 기름 속에서 임계 온도까지 급속 냉각(급랭)합니다.임계 온도는 탄소 함량에 따라 다르지만 일반적으로 탄소 함량이 증가할수록 낮아집니다.이로 인해 마르텐사이트 구조가 생성됩니다.내부 응력이 많은 변형된 체심 정방형(BCT) 결정 구조에 과포화 탄소 함량을 갖는 강철 형태입니다.따라서 담금질된 강철은 매우 단단하지만 부서지기 쉬우며 일반적으로 실용적인 목적으로는 너무 부서지기 쉽습니다.이러한 내부 응력은 표면에 응력 균열을 일으킬 수 있습니다.담금질 강철은 일반 강철보다 약 3배 더 단단합니다(탄소가 더 많은 4배).
마템퍼링(marquenching)
Martempering은 실제로 Tempering 절차가 아니므로 Marquenching이라는 용어가 사용됩니다.이는 일반적으로 "마르텐사이트 시작 온도" 바로 위의 온도에서 용융 염욕에서 초기 담금질 후에 적용되는 등온 열처리의 한 형태입니다.이 온도에서는 재료 내부의 잔류 응력이 완화되고 다른 것으로 변태할 시간이 없었던 잔류 오스테나이트로부터 일부 베이나이트가 형성될 수 있습니다.업계에서 이는 재료의 연성 및 경도를 제어하는 데 사용되는 프로세스입니다.마퀀칭이 길어지면 강도 손실을 최소화하면서 연성이 증가합니다.강철은 부품의 내부 온도와 외부 온도가 동일해질 때까지 이 용액에 유지됩니다.그런 다음 온도 구배를 최소화하기 위해 강철을 적당한 속도로 냉각합니다.이 공정은 내부 응력과 응력 균열을 감소시킬 뿐만 아니라 내충격성을 향상시킵니다.
템퍼링
최종 특성은 템퍼링 온도와 시간에 따라 정확하게 결정될 수 있기 때문에 이는 가장 일반적인 열처리입니다.템퍼링에는 담금질된 강철을 공석 온도보다 낮은 온도로 재가열한 후 냉각하는 작업이 포함됩니다.온도가 상승하면 아주 적은 양의 구상돌이 형성되어 연성이 회복되지만 경도는 감소합니다.실제 온도와 시간은 각 구성에 대해 신중하게 선택됩니다.
오스템퍼링
오스템퍼링 공정은 담금질을 중단하고 강철을 205°C~540°C 온도의 용융 염욕에 보관한 다음 적당한 속도로 냉각한다는 점을 제외하면 마템퍼링과 동일합니다.베이나이트라고 불리는 생성된 강철은 마르텐사이트 강철보다 강도가 크고(그러나 마르텐사이트보다 적음) 연성이 뛰어나고 내충격성이 높으며 뒤틀림이 적은 침상 미세 구조를 강철에 생성합니다.오스템퍼링의 단점은 소수의 강철에만 사용할 수 있고 특별한 염욕이 필요하다는 것입니다.
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