열처리 경화 깊이의 종류와 측정 방법에 대해서 알아보자

열처리 경화 깊이의 종류와 측정 방법에 대해서 알아보자

이번에는 "경화 깊이"의 종류 및 측정 방법에 대해서 해설합니다.

강철은 불꽃 경화·고주파 담금질·침탄 경화 같은 열 처리를 실시하면 표면이 경화합니다.

경화된 부분을 "경화", 경화의 깊이를 "경화 깊이"이라고 부릅니다.

상기의 열 처리를 실시한 강재는 표면으로부터 어느 정도의 내부까지 

경화가 얻을 수 있지만 내부로 갈수록 강도는 저하합니다.

 

경화 깊이는 JIS규격에서 규정된 일정한 경도까지 거리를 "유효 경화 깊이"재료 자체의 경도까지 거리를 

"모든 경화 깊이"으로 규정되어 있습니다.이들 내용에 대해서 자세히 살펴봅시다.

 

 

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경화 깊이란?

경화 깊이란 주로 담금질에서 경화된 층의 깊이를 말합니다.

불꽃 경화·고주파 담금질·침탄 담금질 등의 열 처리로는 경화 깊이가 품질 면에서 중요시됩니다.

 

경화 깊이는 JIS규격에서 "유효 경화 깊이"과 "모든 경화 깊이"의 2종류가 규정되어 있습니다.

이들 측정 방법으로 일반적으로 경도 시험을 간편 법으로 매크로 조직 시험을 쓰고 있습니다.

 

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경화 깊이의 종류

경화 깊이는 JIS규격에서 유효 경화 깊이 또는 전체 경화 깊이의 2종류가 규정되고 있습니다.

특히 유효 경화 깊이에 대해서는 불꽃 담금질·고주파 담금질에 의한 것과 침탄 담금질에 따른 것으로

규정된 수치에 차이가 있습니다.

 

유효 경화 깊이

유효 경화 깊이는 JIS규격에서 "경화의 표면에서 규정하는 한계 경도의 위치까지의 거리"를 가리키고 있습니다.

강철의 불꽃 경화 및 고주파 담금질의 유효 경화의 한계 경도의 규정에 대해서는 다음 표와 같습니다.

보통 강철의 불꽃 경화 및 고주파 담금질의 담금질 온도는 200℃ 이하로 합니다.

 

 

·유효 경화의 한계 경도(강철의 불꽃 경화 및 고주파 담금질)

강철의 탄소 함유율 %	비커스 경도 HV	로크웰 경도 C스케일 HRC	록웰 슈퍼 피샤루 경도
			HR15N	HR30N	HR45N
0.23이상 0.33미만	350	36	78	56	38
0.33이상 0.43미만	400	41	81	60	44
0.43이상 0.53미만	450	45	83	64	49
0.53이상	500	49	85	68	54

※철강 탄소 함유율은 측정하고자 하는 강철의 규격에 규정된 탄소 함유율 범위의 중앙값으로 한다.

또 강철의 불꽃 경화 및 고주파 담금질의 한계 경도는 다음 식을 이용하는 경우가 있습니다.

 

한계 경도가 요구하는 방식

한계 경도=0.80×최소 표면 경도

최소 표면 경도는 JIS규격에서 "요구된 표면 경도를 말하며

그 값에 대해서는 수도 당사자 간 협정에 의한다."로 규정되어 있습니다.

 

침탄 담금질의 경우의 유효 경화 깊이는 "200°을 넘지 않는 온도에서 담금질한 경화의 표면에서

비커스 경도 550(550HV)의 위치까지의 거리"와 JIS규격에서 정하고 있습니다.

 

모든 경화 깊이

모든 경화 깊이는 JIS규격에서 "경화의 표면으로부터,

경화와 천과의 물리적 또는 화학적 성질의 차이가 더 이상 구별할 수 없는 점에 이르기까지의 거리"로 규정되어 있습니다.

 

쉽게 해설하면 윗 그림과 같이 탄소가 재료의 표면으로부터 내부에 침입하는 곳까지의 거리를 의미합니다.

불꽃 경화·고주파 담금질·침탄 담금질은 재료의 표면을 경직시킬 수 있지만

내부로 갈수록 강도는 낮아지면서 원래의 재료와 같은 경도의 수치를 나타냅니다.

 

그래서 전 경화 깊이는 원래의 재료와 경도가 구별할 수 없게 되는 위치를 의미합니다만,

유효 경화 깊이처럼 명확한 경도의 기준이 있는 것은 아닙니다.

 

 

측정 방법의 종류

 

강철의 불꽃 경화·고주파 담금질·침탄 담금질의 경화 깊이 측정 방법은

JIS규격에서 "경도 시험"또는"매크로 조직 시험"에 의한 측정 방법이 채용되고 있습니다.

이번에는 이들 측정 방법의 개요에 대해서 소개합니다.

 

경도 시험 법

경도 시험은 시험 편의 표면에 수직인 단면의 경도 변화를 읽고 경화 깊이를 측정하는 방법입니다.

경도 시험은 시험 편의 단면의 여러군데에, 경도 시험기 압입자를 밀어넣어 그 부분에 생긴 압흔에서 강도를 잽니다.

 

시편의 표면으로부터 한계 경도 또는 경도가 천과 같아질 위치까지의 거리를 정함으로써

유효 경화 깊이와 전 경화 깊이 측정이 가능합니다.

 

경우에 따라서는 경도 시험을 2회 실시하고,

"경도 추이 곡선"그래프를 2개 작성하고 각각에서 얻은 경화 깊이의 평균치를 채택하는 것도 있습니다.

 

압입자의 연결 및 경도의 계측 방법 등으로, 비커스 경도나 크누우프 경도 등의 종류가 나뉘어 있지만,

JIS규격에 준거한 강철의 불꽃 경화·고주파 담금질·침탄 담금질의 경화 깊이의 시험 방법에서는

규정에 의한 비커스 경도가 채용되고 있는 것이 많습니다.

 

시편은 경도 시험 및 육안 시험 어느 쪽이든 실제로 이용 제품에서 준비합니다.

 

시험 편의 가공은, 먼저 재료를 경화한 표면에 수직으로 절단하고 연마합니다.

연마 후에는 적절한 용액으로 에칭을 합니다.마이크로 비커스 경도를 적용하는 경우는 부식하지 않고

연마한 채의 표면에서 시험합니다.

 

기본적으로 시편은 제품의 길이 방향에 수직인 부위를 사용합니다.

길이 방향이 없는 경우는 수도 당사자 간에 협정하는 부분의 표면에서 수직인 부위를 사용합니다.

경화가 보이지 않으면, 시편을 계단식으로 한 것이나 경사 면상으로 한 시편을 이용하는 경우가 있습니다.

 

 

매크로 조직 시험 법

매크로 조직 시험 법은 시험 편 절단면을 부식시켜 낮은 배율의 확대경으로 관찰하고 경화 깊이를 측정합니다.

주로 간편한 방법으로 매크로 조직 시험에 의한 측정이 사용됩니다.

 

매크로 조직 시험 법은 경도 시험과 마찬가지로 제품을 경화한 표면에서 수직으로 절단하여

재료를 연마하고 적절한 용액으로 에칭 합니다.

 

에칭 후는 에탄올 또는 물로 세탁한 뒤에,

20배를 넘지 않는 배율 확대경으로 부식에 의한 착색 상황을 봅니다.

 

이때 시험 편의 표면으로부터 천과 다르게 착색된 부분까지

깊이를 측정하면 모든 경화 깊이가 요구됩니다.

 

 

 

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