탄소강의 열처리 이해: #45 및 40CR 설명

강철의 열처리: 필요한 구조와 특성을 얻기 위해 적절한 방법으로 고체 강철을 가열, 보온 및 냉각하는 과정을 말합니다.

열처리는 강철을 강화하고 기계 부품의 서비스 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 강철의 기술적 성능을 향상시키는 데에도 사용할 수 있습니다.

공통점은 표면 모양과 크기는 변경하지 않고 내부 조직 구조만 변경한다는 점입니다.

열처리 공정은 강철의 기계적 특성를 사용하여 부품의 강도, 인성 및 수명을 늘리고 경도와 내마모성을 향상시킵니다.

따라서 중요한 기계 부품과 공구는 열처리를 해야 합니다.

열처리는 또한 공작물의 가공 성능을 개선하여 생산성과 가공 품질을 향상시킬 수 있습니다.

따라서 열처리는 기계 제조 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다.

#45 강철과 40Cr 강철을 예로 들어 보겠습니다.

담금질 후 고온 템퍼링은 생산에서 "담금질 및 템퍼링"이라고 합니다. 담금질 및 템퍼링 후 부품은 포괄적인 기계적 특성이 우수하며 다양한 중요한 구조 부품, 특히 교대로 작동하는 커넥팅 로드, 볼트, 기어 및 샤프트에 널리 사용됩니다.

그러나 표면 경도가 낮고 내마모성이 떨어집니다.

담금질 및 템퍼링+표면 담금질로 부품의 표면 경도를 향상시킬 수 있습니다.

1. #45 강철 - 고품질 중탄소 구조용 강철

#45 강철은 GB로 불리며, JIS에서는 S45C, ASTM에서는 1045080M46, DIN에서는 C45라고 합니다;

#45 강철은 고품질 탄소 구조용 강철로, 화학 성분은 탄소(C) 함량 0.42~0.50%, Si 함량 0.17~0.37%, Mn 함량 0.50~0.80%, Cr 함량 <=0.25%입니다.

냉온 가공 성능이 좋고 기계적 성능이 좋으며 가격이 저렴하고 소스가 넓기 때문에 널리 사용됩니다.

가장 큰 약점은 경화성이 낮고 단면 크기가 크며 요구 사항이 높은 공작물을 사용해서는 안 된다는 것입니다.

#45 강철의 열처리 권장 온도입니다: 850℃에서 노멀라이징, 840℃에서 담금질, 600℃에서 템퍼링.

#45 강철은 담금질 후 및 템퍼링 전 경도가 HRC55(최대 HRC62)보다 큰 경우 자격이 부여됩니다.

실제 적용 시 가장 높은 경도는 HRC55(고주파 담금질 HRC58)입니다.

#45강에는 침탄 및 담금질 열처리 공정을 채택하지 않습니다.

#45 강철의 담금질 및 템퍼링: #45 강철의 담금질 온도는 A3+(30~50) ℃입니다. 실제 작동에서는 일반적으로 상한을 취합니다.

담금질 온도가 높을수록 공작물의 가열 속도가 빨라지고 표면 산화가 감소하며 작업 효율이 향상됩니다.

균질화를 위해 오스테나이트 의 경우 충분한 유지 시간이 필요합니다.

실제 충전량이 많은 경우에는 보유 시간을 적절히 연장할 필요가 있습니다.

그렇지 않으면 고르지 않은 가열로 인해 경도가 충분하지 않을 수 있습니다.

그러나 유지 시간이 너무 길면 거친 입자의 결함과 심각한 산화가 발생합니다. 탈탄 도 발생하여 담금질 품질에 영향을 미칩니다.

충전량이 프로세스 문서에 명시된 것보다 많을 경우 가열 및 유지 시간을 1/5로 연장해야 한다고 생각합니다.

#45 강철은 경화성이 낮기 때문에 냉각 속도가 빠른 10% 식염수를 사용해야 합니다.

공작물을 물로 식힌 후에는 담금질을 해야 하지만 완전히 식혀서는 안 됩니다.

작업물이 소금물에서 냉각되면 작업물에 균열이 생길 수 있습니다.

이는 공작물이 약 180℃로 냉각되면 오스테나이트 마르텐사이트로 빠르게 변형되어 과도한 구조적 스트레스를 유발합니다.

따라서 담금질된 공작물을 이 온도 범위로 급속 냉각할 때는 저속 냉각 방법을 채택해야 합니다.

출구 수온은 마스터하기 어렵기 때문에 경험에 의해 작동해야 합니다. 물속의 공작물이 흔들림이 멈추면 배출수를 공기로 냉각할 수 있습니다(가능하면 오일 냉각이 더 좋습니다).

또한 물속에 들어갈 때 공작물은 고정되어 있지 않고 움직여야 합니다. 공작물의 기하학적 모양에 따라 규칙적으로 움직여야 합니다.

정적 냉각 매체 게다가 정적 공작물은 경도가 고르지 않고 응력이 고르지 않아 공작물이 크게 변형되고 심지어 균열이 생길 수 있습니다.

경도는 담금질 및 템퍼링 #45 강철 부품은 HRC56~59에 도달해야하며 큰 섹션의 가능성은 낮지 만 HRC48보다 낮을 수는 없습니다.

그렇지 않으면 공작물이 완전히 담금질되지 않았으며 템퍼링 후에도 매트릭스에 여전히 유지되는 구조에 소바이트 또는 페라이트 구조가있을 수 있으며 담금질 및 템퍼링의 목적을 달성 할 수 없음을 의미합니다.

담금질 후 #45 강철의 고온 템퍼링, 가열 온도는 일반적으로 560 ~ 600 ℃이며 경도 요구 사항은 HRC22 ~ 34입니다.

템퍼링의 목적은 포괄적인 기계적 특성을 얻는 것이므로 경도 범위가 비교적 넓습니다.

단, 도면에 경도 요구 사항이 있는 경우 경도를 보장하기 위해 도면 요구 사항에 따라 템퍼링 온도를 조정해야 합니다.

예를 들어 일부 샤프트 부품은 고강도 및 고경도가 필요합니다;

그러나 키홈이 있는 일부 기어 및 샤프트 부품의 경우 담금질 및 템퍼링 후 밀링 및 슬롯 가공으로 인해 요구 경도가 더 낮아집니다.

템퍼링 열 보존 시간은 경도 요구 사항과 공작물의 크기에 따라 달라집니다.

템퍼링 후 경도는 템퍼링 온도에 따라 달라지며 템퍼링 시간과는 거의 관계가 없다고 생각하지만 다시 침투해야 합니다.

일반적으로 공작물의 템퍼링 열 보존 시간은 1시간 이상입니다.

#45 강철을 침탄에 사용하는 경우 단단하고 부서지기 쉽습니다. 마텐사이트 가 담금질 후 코어에 나타나고 침탄 처리의 이점이 사라집니다.

현재 탄소 함량 가 높지 않고, 코어 강도가 0.30%로 매우 높을 수 있으며, 이는 응용 분야에서는 드문 경우입니다.

0.35%는 교과서에서만 소개된 예제를 본 적이 없습니다.

담금질 및 템퍼링 + 고주파 표면 담금질 공정을 채택할 수 있으며 내마모성은 침탄보다 약간 나쁩니다.

2. 40Cr 강철 - 합금 구조용 강철

40Cr은 GB3077 "합금 구조용 강철"에 속합니다.

40Cr 강철의 탄소 함량은 0.37% ~ 0.44%로 #45 강철보다 약간 낮습니다. Si와 Mn의 함량은 0.80% ～ 1.10% Cr로 동일합니다.

열간 압연 공급의 경우 1% Cr은 기본적으로 작동하지 않으며 두 제품의 기계적 특성은 거의 동일합니다.

40Cr의 가격은 #45 강철의 절반 정도이기 때문에 경제적인 이유로 #45 강철을 사용할 수 있는 사람들에게는 불필요합니다.

40Cr 강철의 담금질 및 템퍼링 처리: 열처리에서 Cr의 주요 역할은 강철의 경화성을 향상시키는 것입니다.

경화성이 향상되어 담금질(또는 템퍼링) 처리 후 40Cr의 강도, 경도, 충격 인성 및 기타 기계적 특성도 #45 강철보다 훨씬 높습니다.

그러나 강한 경화성으로 인해 내부 스트레스 의 담금질 중 40Cr도 #45 강철보다 큽니다.

동일한 조건에서 40Cr 소재의 균열 경사도 #45 강철보다 더 큽니다.

따라서 공작물의 균열을 방지하기 위해 40Cr 담금질시 열전도율이 낮은 오일을 담금질 매체로 주로 사용합니다 (때로는 이중 액체 담금질 방법도 사용됨, 일반적으로 알려진 물 담금질 및 오일 냉각), 열전도율이 높은 물은 45Cr 강철의 담금질 매체로 사용됩니다.

물론 물과 오일의 선택이 절대적인 것은 아니며 공작물의 모양과도 밀접한 관련이 있습니다.

물 담금질은 단순한 형상의 40Cr 부품에도 사용할 수 있습니다. 오일 담금질 또는 복잡한 모양의 #45 강철 부품에는 소금물을 사용할 수도 있습니다.

40Cr 공작물의 담금질 및 템퍼링의 경우 공정 카드에 다양한 파라미터가 지정되어 있습니다.

실제 운영 경험은 다음과 같습니다:

(1) 담금질 후 40Cr 공작물에는 오일 냉각을 채택해야 합니다.

40Cr강은 경화성이 우수하고 오일로 냉각하면 담금질이 가능하며 공작물의 변형 및 균열 경향이 적습니다.

그러나 오일 공급이 타이트한 경우 소규모 기업은 균열없이 물에서 복잡하지 않은 모양의 공작물을 담금질 할 수 있지만 작업자는 경험을 바탕으로 물 입구와 출구의 온도를 엄격하게 제어해야합니다.

(2) 40Cr 공작물의 경도는 템퍼링 후에도 여전히 높으며 두 번째 템퍼링 온도는 20 ~ 50 ℃ 증가하며 그렇지 않으면 경도를 낮추기가 어렵습니다.

(3) 고온에서 템퍼링 한 후 40Cr 공작물은 다음과 같습니다. 복잡한 모양 는 두 번째 유형의 성질 취성의 영향을 피하기 위해 기름으로 식힌 후 물로 간단히 식힙니다.

템퍼링 및 급속 냉각 후 공작물은 필요한 경우 응력 완화 처리를 해야 합니다.

열처리 후 중탄소강의 최대 경도는 약 HRC55(HB538), σb는 600~1100MPa입니다.

따라서 중간 탄소강은 중간 강도 수준의 다양한 응용 분야에서 가장 널리 사용됩니다.

건축 자재로 사용되는 것 외에도 다양한 기계 부품 제조에도 널리 사용됩니다.

중탄소강이 충분한 온도와 유지 시간을 갖는 한 일반적으로 이 경도 값에 도달할 수 있으며 변형되지 않으면 불가능합니다.

첫 번째는 가공 여유를 확보한 다음 연삭기를 사용하여 가공하는 것이고, 두 번째는 표면 담금질을 하는 것입니다.