새로운 담금질 과정에 대한 간략한 소개

담금질은 Ms 온도 이하 또는 Ms 부근에서 마르텐사이트(또는 베이나이트) 변태를 변형시키는 급속 열처리 공정입니다. 구체적인 방법은 강을 Ac3(차석강) 또는 Ac1(초공석강)의 임계 온도 이상의 온도로 가열하는 것입니다. ), 그런 다음 일정 기간 동안 열을 유지하고 전체 또는 일부를 오스테나이트화한 다음 최종적으로 임계 냉각 속도로 냉각합니다. 알루미늄 합금, 구리 합금, 티타늄 합금, 강화 유리와 같은 재료의 용액 처리 또는 급속 냉각 공정을 통한 열처리 공정은 담금질이라고도 합니다. 담금질은 주로 재료의 경도를 높이는 데 사용되는 일반적인 열처리 공정입니다. 일반적으로 담금질 매체의 범주에 따라 물 담금질, 오일 담금질, 유기 담금질 등으로 나눌 수 있습니다. 과학 기술의 발전으로 몇 가지 새로운 담금질 공정이 등장했습니다.

공작물은 강력한 불활성 가스 흐름에서 빠르고 균일하게 냉각되어 표면 산화를 방지하고 균열을 방지하며 뒤틀림을 줄이고 필요한 경도를 보장할 수 있습니다. HPGQ는 최근 빠르게 진행되고 있는 공구강의 담금질에 주로 사용됩니다. 현재, 부압(<1×105 Pa) 대유량 공냉식, 압력(1×105~4×105 Pa) 공냉식 및 고압(5×105~10×105 Pa) 공기가 있습니다. - 냉각, 초고압식(10×105~20×105 Pa) 공냉식 및 기타 신기술로 진공 가스 급냉 능력뿐만 아니라 급냉된 가공물의 상태도 크게 향상시켜 표면이 양호합니다. 밝기 및 작은 변형. HPGQ는 주로 재료의 담금질 및 템퍼링, 스테인리스강 및 특수 합금의 고용체에 사용됩니다. 6×105 Pa 고압 질소로 담금질할 때, 고속도강(W6Mo5Cr4V2)의 담금질성은 70-100mm로 경화될 수 있고, 고합금강은 25-100mm에 도달할 수 있습니다. 냉간 가공 다이 스틸(예: Cr12)은 80~100mm에 도달할 수 있습니다.

10 x 105 Pa 고압 질소 가스로 퀜칭할 때 6 x 105 Pa의 냉각 부하로 냉각하면 부하 밀도가 약 30%에서 40%로 증가합니다. 20 x 105 Pa 초고압 질소 또는 혼합물로 퀜칭할 때 헬륨과 질소의 밀도는 80%-150%로 6×105Pa 질소 냉각보다 80%-150% 높아 모든 고속철과 고합금강을 냉각할 수 있다. , 열간 작업 다이 강 Cr13% 크롬 강, 더 큰 크기의 9Mn2V 강과 같은 더 많은 합금 오일 담금질 강. 게다가, 별도의 냉각 챔버가 있는 이중 챔버 공냉식 퀜치로는 동일한 유형의 단일 챔버로보다 더 나은 냉각 용량을 가지고 있습니다. 2 x 105 Pa 질소 냉각 이중 챔버 가열로의 냉각 효과는 4 x 105 Pa 단일 챔버 가열로와 비슷합니다. 단일 챔버 용광로는 운영 및 유지 보수 비용이 더 낮습니다.

그림 1 고압 가스 냉각 진공로

기존의 담금질은 일반적으로 오일, 물 또는 고분자 용액으로 수행되는 반면, 집중 담금질은 물 또는 낮은 농도의 염수로 수행됩니다. 강한 담금질 특징은 강재의 과도한 뒤틀림 및 균열을 걱정하지 않고 냉각 속도가 매우 빠르다는 것입니다.

기존의 담금질을 담금질제 온도까지 냉각시키면 강재의 표면이 인장응력 또는 저응력 상태를 형성하는 반면, 강한 담금질은 가공물의 코어가 뜨거운 상태에 있는 동안 냉각을 멈추게 하고, 표면층은 압축 응력을 형성합니다. 강렬한 담금질 조건에서 마르텐사이트 변태대의 냉각 속도가 >30 °C/s일 때 강철 표면의 과냉각된 오스테나이트는 1200 MPa의 압축 응력을 받게 되며, 이는 이후 강철의 항복 강도를 증가시킵니다. 적어도 25%에 의한 담금질.

강렬한 담금질의 원리: 강철이 오스테나이트화 온도에서 담금질될 때, 표면과 코어 사이의 온도 차이는 내부 응력을 일으킬 것입니다. 상변화 구조의 비체적변화 및 상변화 가소성 또한 추가적인 상변태 응력을 유발한다. 열 응력과 상전이 응력이 중첩되면, 즉 복합 응력이 재료의 항복 강도를 초과하면 소성 변형이 발생합니다. 결합 응력이 열간강의 인장 강도를 초과하면 담금질 균열이 형성됩니다. 강렬한 담금질 과정에서 상변태 가소성에 의한 잔류응력과 오스테나이트-마르텐사이트 변태의 비체적변화에 의한 비체적변화가 증가한다. 격렬한 냉각 중에는 공작물의 표면이 즉시 수조 온도로 냉각되고 코어 온도의 변화가 거의 없습니다. 급속 냉각은 표층 수축과 코어에 의한 응력 균형으로 인해 높은 인장 응력을 유발합니다. 온도 구배의 증가는 초기 마르텐사이트 변태에 의한 인장응력을 증가시키고, 마르텐사이트 변태 개시온도 Ms의 증가는 상변태 가소성에 의한 표층 팽창을 유발하고, 표면 인장응력은 현저히 감소되어 다음으로 변환된다. 압축 응력. 표면 압축 응력 값은 형성된 표면 마르텐사이트의 양에 비례합니다. 이 표면 압축 응력은 코어가 압축 상태에서 마르텐사이트 변태를 겪을 것인지 또는 추가 냉각 시 표면 인장 응력을 반전시킬 것인지를 결정합니다. 마르텐사이트 변태로 인해 코어 체적이 충분히 팽창하고 표면 마르텐사이트가 매우 단단하고 부서지기 쉬운 경우 응력 반전으로 인해 표면층이 파손됩니다. 이러한 이유로 강재 표면의 압축응력과 코어의 마르텐사이트 변태는 가능한 한 늦게 일어나야 한다.

강 담금질 후 강 담금질 시험 및 특성 : 강 담금질 방법의 장점은 표면층에 압축 응력이 형성되고 균열 가능성이 감소하며 경도 및 강도가 향상된다는 것입니다. 표면층은 100% 마르텐사이트 구조를 형성하여 주어진 강종에 대해 가장 큰 경화층을 제공합니다. 따라서 고가의 합금강 대신 탄소강을 사용할 수 있습니다. 강한 담금질은 또한 균일한 기계적 특성을 촉진하고 공작물 왜곡을 최소화할 수 있습니다. 부품을 집중적으로 담금질한 후에는 교대 하중 하에서의 서비스 수명이 10배 증가할 수 있습니다. [1]

그림 2 강렬한 담금질 균열 형성 확률과 냉각 속도의 관계

물과 공기의 압력과 분무 노즐과 공작물의 표면 사이의 거리를 조정하여 물-공기 혼합물의 냉각 용량을 변경할 수 있고 냉각을 균일하게 할 수 있습니다. 생산 관행은 복합 탄소강 또는 합금강 부품의 표면 유도 가열 담금질이 담금질 균열의 발생을 효과적으로 방지할 수 있음을 보여줍니다.

그림 3 물-공기 혼합물

100 ° C의 끓는 물로 냉각하면 강철을 담금질하거나 정규화하는 데 더 나은 경화 효과를 얻을 수 있습니다. 이 기술은 연성철의 담금질에 성공적으로 적용되었습니다. 알루미늄 합금을 예로 들면: 알루미늄 합금 단조품 및 단조품의 현재 열처리 사양에 따르면 담금질 수온은 일반적으로 60 ° C 미만으로 제어됩니다. 담금질 수온은 낮고 냉각 속도는 빠르며 큰 담금질 후 잔류 응력이 생성됩니다. 제품이 최종적으로 가공될 때 표면 모양과 크기가 일정하지 않아 내부 응력의 균형이 맞지 않아 잔류 응력이 방출되어 가공 부품의 뒤틀림, 굽힘, 타원 및 기타 변형이 발생하여 돌이킬 수 없는 최종 제품이 됩니다. 심각한 손실과 함께 낭비. . 예: 프로펠러 및 압축기 블레이드 디스크와 같은 알루미늄 합금 단조품은 가공 후 분명히 변형되어 부품이 너무 커집니다. 담금질 수온을 상온(30~40℃)에서 끓는 물(90~100℃)로 올리면 단조물의 잔류응력이 평균 50% 정도 감소한다. [2]

그림 4 끓는 물 담금질의 개략도

고온 담금질 오일은 추가 냉각 전후의 공작물의 온도를 Ms 점의 온도와 같거나 가깝게하여 온도 차이를 최소화하고 담금질 된 공작물의 왜곡 및 균열을 효과적으로 방지하는 데 사용됩니다. 소형 합금 공구강 냉각 다이를 160-200°C의 뜨거운 오일로 담금질하면 왜곡을 효과적으로 줄이고 균열을 방지할 수 있습니다.

그림 5 고온 오일 담금질의 개략도

[1]판동리. 강력한 담금질——강화강의 새로운 열처리 방법[J]. 열처리, 2005, 20(4): 1-3

[2] Song Wei, Hao Dongmei, Wang Chengjiang. 알루미늄 합금 단조물의 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 끓는 물 담금질의 영향[J]. 알루미늄 가공, 2002, 25