철강기초 강의 열처리 금속의 강도 알아보자

강의 열처리와 금속의 강도

철강을 열처리하는 목적은 사용 용도에 맞는 기계적성질을 얻기 위함이고 인위적으로

열을 가한 후에 다양한 냉각 방법을 적용하여 열처리가 이루어집니다.

오늘은 강의 열처리와 금속의 강도에 대하여 알아보도록 하겠습니다

 

열처리를 통해 철강(금속)을 더 단단하게 만들 수 있고 또는 무르게 만들 수 있습니다.

소성가공을 통해 금속 내부에 응력이 쌓이게 되면 금속은 불완전한 상태가 되어 작은

충격에도 크랙이 발생하거나 파손될 수 있는데 열처리를 통해 응력 제거를 하고 안정적인

금속 상태로 만들 수 있는 것입니다

 

강의 열처리의 종류

1. 퀜칭(Quenching)

담금질 또는 소입이라고도 하며 강을 가열하여 물, 기름, 소금물 등에 담그거나 이 액체를

뿌려서 강을 급속히 냉각하여 경도를 증가시키고, 내마모성을 향상 시키기 위한 열처리이다

퀜칭은 마르텐사이트(침상) 조직이 생성되어 매우 딱딱하고 아주 강하게 되는데 내부에

응력(스트레스)이 커지게 되어 쉽게 깨지는 성질을 갖게 된다

이런 응력을 제거하고 안정적인 상태로 만들어주기 위해 추가적으로 템퍼링이라는 열처리를

반드시 해야 한다

퀜칭을 하는 방법은 연속 가스로에서 가열하여 물을 뿌리거나 고주파 유도 가열을 이용하여

가열 후 물을 뿌리는 방법이 있다

2. 템퍼링(Tempering)

뜨임 또는 소려라고 부르며 퀜칭하여 만든 강이 딱딱하고 깨지기 쉬운 성질을 갖기 때문에

적당한 온도를 가열ㅇ하여 공기중에 냉각시켜 퀜칭한 강의 내부 응력을 풀어주고 원하는

기계적 성질을 얻기 위한 열처리이다

템퍼링한 조직도 마르텐사이트 조직이며 저온템퍼링과 고온템퍼링이 있다

3. 노멀라이징(Normalizing)

불림 또는 소준이라고 하며 강을 가열하여 강의 조직을 표준화 시키는 열처리이다

높은 온도에서 소성가공을 한 경우 강의 커진 조직을 미세하게 만들어 주고 가공으로 인한

불균일해진 조직을 균일하게 만들어 기계적 성질을 향상 시키는 열처리이다

4. 어닐링(Annealing)

풀림 또는 소둔이라고 하며 강을 가열하여 응력(스트레스)를 풀어주는 열처리이다

소성가공으로 변형이 될 때 강의 내부는 응력이 축적되어 있으며 이 응력으로 인해

재료는 변형이나 균열이 발생할 수 있으므로 응력을 제거 해주는 열처리를 해야 한다

어닐링은 강은 연하게 만들어주는 풀 어닐닝(full annealing)과 내부응력을 제거하는 

응력제거소둔(stress relief annealing), 그리고 기계적 성질을 개선하는

구상화소둔(spheroidizing annealing) 열처리등이 있다

금속의 강도

1. 금속의 강도

금속의 단단함과 세기의 정도이다

인장강도, 압축강도, 전단강도 등이 있으며 일반적으로 인장강도가 많이 사용된다

2. 인장강도

재료가 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대한의 응력, 파단 될 때의 힘의 세기로

단위 면적 당 작용하는 힘으로 나타낼 수 있다

재료의 강도를 나타내는 단위로 사용된다

*응력 : 구조물 및 재료가 외부로부터 물리적인 힘, 외력을 받으면 재료 내부에는

외력에 저항하는 내부 저항력인 내력이 발생한다 이 내력의 면적당 힘을 응력이라고

하며 시그마로 표시한다

인장강도는 극한강도라고도 하며 재료의 세기를 나타내는 힘으로 재료가 파단되도록

당겼을 때 견뎌내는 최대 하중을 재료의 단면적으로 나눈 값이다

3. 항복강도

탄성영역을 지나 소성변형을 시작할 때의 응력을 말한다

항복강도를 넘어서면 물체는 원래의 형태로 돌아가지 못하고 변형된 상태가 유지된다

4. 연신율

금속이 늘어나는 비율로 계산법은 아래와 같다

(늘어난 길이 – 원래의 길이) /  원래의 길이 X 100%

파괴되지 않고 변형되거나 길게 늘어나는 성질을 연성이라고 한다

강이 가지는 연성의 정도를 연신율 이라고 표기하며, 연신율이 높을 수록 연성이

좋다는 의미이다

 

5. 인장시험

얼마 만큼의 힘을 견디면서 늘어날 수 있는지를 파악하는 시험이다.

시험편을 잡아당길 때 거기에 가해지는 하중과 시험편이 늘어나는 길이로 인장강도와

연신율을 계산한다

쉽게 말하면 단위 면적 당 견딜 수 있는 최대 하중을 테스트 하는 시험이다

 

6. 응력-변형율 그래프

재료에 인장의 힘을 가하면 처음에는 변형이 증가함에 따라 하중이 선형적으로 증가하지만

그 증가 폭이 완만해지면서 어느 최대점을 지나게 되면 인장에 의한 단면적 감소로 인장하중이

다시 감소하다가 파단 된다

철강의 기초 이론 중 기본 열처리의 종류와 금속의 강도에 대하여 알아보았습니다

 

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