금속 재료 및 열처리 교육자료

◈ 목 차 ◈ 3 1. 금속 (金屬) 의 정의 2. 금속 (金屬) 제조 공정 3. 금속 (金屬) 재료의 종류 ◈ 목 차 ◈ 1. 금속 (金屬) 의 정의 2. 금속 (金屬) 제조 공정 3. 금속 (金屬) 재료의 종류 4. 금속 (金屬) 재질별 기계적 성질 5. 주물합금의 제조 공정 및 특성 6. 비철합금의 특성 7. 표준 규격 비교 8. 금속 열처리(熱處理) 종류 및 방법 9. 금속 열처리(熱處理) 조직 변화 10. 금속 재질별 열처리(熱處理) 조건 11. 금속 열처리(熱處理) 경도 및 경화층 12. 금속 열처리(熱處理) 조직 13. 파이프 공정 14. 금속 열처리(熱處理) 불량 사건 사고 3 Page 1

1. 금속 의 정의 가. 금속(金屬) 이 란 나. 금속(金屬) 역사 쇠, 구리, 금 처럼 단단하고 광택이 있는 물질을 통틀어 금속 이라 합니다. 금속은 일반적으로 상온에서 고체 상태로 특유의 광택을 띠며, 열 , 전기를 잘 전달하는 물체 입니다. 연성은 탄성의 한계를 넘어도 파괴 되지 않고 가늘고 길게 늘어나는 성질로, 이런 성질로 철사나 얇은 전선 등 두드리거나 압착하면 얇게 펴지는 성질로 얇은 금속 판을 만들어 사용하는 것. (단 수은은 상온에서 액체입니다.) 지금부터 4,000~6,000년 전 인류가 석기 등의 도구를 잘 이용할 수 있게 되었을 즈음에 우리의 선조는 아마도 우연이겠지만 지구 지표면에 노출된 금을 발견하게 되면서. 자연 상태의 금, 은, 동 이외에도 우주에서 낙하했던 철도 주웠을 것이다. 이상이 인류와 금속과의 만남이다. 그리스인들은 자연 상태의 금 등을 열심히 찾아 다녔던 결과 그리스에서 금과 같이 녹슬지 않는 귀금속은 사금 등을 이용하여 지금도 세계적인 조형물들이 남아있다 . 그러나 철과 같이 녹슬기 쉬운 금속은 산과 들에 방치되면 녹슬어 버리기 때문에 금속으로 발견된 것은 아마도 금보다 훨씬 뒤의 일이었을 것이다. 그러면 어떻게 하여 녹슬기 쉬운 철과 같은 금속이 발견되었을까? 고고학적인 몇 가지 증거에 의하면, 불을 사용할 줄 알게 된 인류가 나뭇가지 등을 태운 뒤에 남은 잿더미 속에서 발견된 것으로 추정된다. 예를 들면 녹슨 철은 산화철의 형태로 야산에 존재한다. 화산지역의 붉은 흙은 대개 이 산화철 색 때문이다. 철의 산화물도 여러 가지가 있으나 적색의 산화철은 철 원자 2개와 산고 원자 3개가 결합된 Fe2O3이다. 산소와 결합된 Fe2O3 으로부터 Fe만을 얻기 위해서는 결합된 산소를 제거하지 않으면 안 된다. 이 산소를 제거하는 일이 불 속에서 우연히 일어났다. 나. 금속(金屬) 역사 Page 2

2. 금속 제조 공정 가. 철강 의 공정 철강의 공정은 크게 제선, 제강, 압연의 3단계로 구분하며, 이 3단계의 공정이 하나의 장소에서 이루어지는 것을 일괄 제철 공정이라 한다. (포스코) 이 공정에 의해 생산하고 있다. 제선공정 : 원료인 철광석과 소결 공정을 거친 석회석, 코크스 공정으로부터 코크스를 이동시켜 고로(용광로)에 넣은 후 가열, 철광석을 녹여 용선을 추출하는 공정을 말한다. 제강공정 : 제선 공정을 거쳐 나온 선철(용선)은 탄소 함유량이 많고 상당량의 규소, 망간, 인, 황과 같은 불순물이 함유되어 있어 경도가 높고 취약 한 성질이 있다. 이러한 선철을 잘 늘어나면서 강인한 강으로 만들려 면 다시 정련하여 탄소의 량을 줄이고 불순물을 제거하는 공정. 압연공정 : 강의 성질인 연성과 전성을 이용하여 사용 용도에 따라 가공, 변형을 주는데, 강괴(철 덩어리)를 롤 사이에 끼워 간격을 좁히면서 늘리거나 얇게 성형하는 공정이다. Page 3

2. 금속 제조 공정 포스코 철강 의 제조 공정 Page 4

3. 금속 제료의 종류 가. 주강 과 주철 주 강 : 선철, 순철, 탄소강, 합금강,(망간강, 크롬강, 고속도강, 스프링강) 등 주 철 : 회주철(FC), 구상흑연주철(FCD), 특수주철, 등 나. 비철 금속 동합금 : 황동, 청동, 인청동, 고력황동, 등 알루미늄 합금 : Al-Cu, Al-Cu-Si, Al-Cu-Mg-Ni, Al-Si, Al-Si-Mg, 등 Page 5

3. 금속 제료의 종류 금속의 종류별 구분 선철 : 제철소에서 철광석을 석회석, 코크스와 함께 용광로 녹여서 만든다. 선철에는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등이 포함되어 있으며, 탄소의 함유량에 따라 철의 성질이 크게 달라진다. 순철 : 철 이외의 탄소나 다른 원소의 불순물이 거의 없는 순수한 철(Fe) 철에 0.02% 이하의 탄소가 함유되어 있다. 탄소강 : 철에 탄소가 함유된 금속으로, 탄소의 함유량에 따라 구분한다 Page 6

3. 금속 제료의 종류 합금강 : 탄소강의 성질을 보완하기 위하여 탄소강에 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 몰디브덴(Mo) 등의 특수 원소를 첨가하여 용도에 알맞은 성질을 가지도록 한 것이다 주철 : 쇠붙이를 녹인 쇳물을 일정한 틀속에 부어 넣어 응고시켜서 원하는 모양의 만든 물건.주물은 알려진 거의 모든 금속을 이용하여 주형을 생산하는 기본적인 방법으로 금속제품 으로 만드는 공정이다 가. 회주철 [灰鑄鐵] [FC] : 주조(鑄造)할 때 탄소가 흑연으로 분리· 생성되어 표면이 회색을 띤 주철. 나.구상흑연주철 [球狀黑鉛鑄鐵] [FCD] : 주철의 조직 속에 주로 납작한 모양을 하고 있는 흑연의 모양을 둥근 모양으로 변화시켜 더욱 단단하게 만든 주철. 마그네슘 따위의 원소를 첨가하여 만드는데 강도와 가소성이 높다. 다.특수주철[特殊鑄鐵] 탄소 이외의 특수 원소를 넣은 다음 특수열처리 를하여 특정한 용도에 쓰는 주철. 니켈 크롬 주철, 고 규소 주철 따위가 있으며, 쓰임에 따라 기계,내열,내산 주물용 따위로 나눈다 Page 7

3. 금속 제료의 종류 비철 : 철 금속 이외의 금속을 비철 금속이라고 한다. 자연 상태의 비철 금속 광석으로부터 비철 금속을 채취하는 것을 제련이라고 한다. 제련에 의해서 얻은 비철 금속은 일반적으로 불순물이 포함되어 있으므로, 선광 처리 과정을 거쳐 예비 처리한 후 제련과 정련 공정을 거쳐 필요한 순도의 금속을 얻는다. 가. 건식 제련법 : 광석을 녹여서 필요로 하는 금속을 불순물과 분리하여 제련 하는 방법으로 구리, 니켈, 코발트 등의 제련에 이용된다. 나. 습식 제련법 : 비철 금속을 수용액 중에서 분리하여 제련하는 방법으로, 금, 은, 구리, 중석, 우라늄 등의 제련에 이용된다 동합금 : 대부분 원료 광석인 황동광을 제련하여 얻는 구리는 대표적인 비철 금속 재료로서 비중이 8.90이고, 녹는점은 1083℃이다. 광택은 붉은색을 띠며, 색깔이 아름답고 아연, 주석, 니켈 등과 합금하여 더욱 우수한 성질을 가진다 가. 황동 : 구리(CU)와 아연(Zn)의 합금이다. 나. 청동 : 구리(CU)와 주석(Sn)의 합금이다. Page 8

3. 금속 제료의 종류 알루미늄 : 알루미늄은 철에 구리와 함께 가장 널리 사용되어지는 경금속으로, 모든 비철 금속의 생산량보다 더 많이 생산되고 있다. 지구 표면의 약 8%를 구성하고 있으며, 세 번째로 풍부한 원소이다. 그런데 왜 곧바로 발견이 되지 않았을까? 그 이유는 자연 상태에서 금속적 형태로는 절대 얻을 수 없기 때문이다. 즉, 산소 또는 다른 원소와 결합되어 바위, 점토, 흙, 식물 등에서 대부분 발견되기 때문 이다. 알루미늄은 일찍부터 인간에 의해 사용되어 왔는데, 도자기는 알루미늄이 풍부한 수산화규산염이 있는 점토로 만들어졌고, 고대 의 중동 문명은 알루미늄염을 염료와 약품으로 사용하였다. 그것들 은 소화제와 치약으로 지금까지 사용되고 있다. 알루미늄합금 : 알루미늄에 구리, 규소, 아연, 마그네슘, 니켈, 망간 등을 첨가한 것한다. 주조성, 내식성, 내열성이 우수하여 건축 자재, 자동차, 항공기, 광학 기계, 전기 기계, 화학 공업 등의 부품 재료로 쓰인다. 알루미늄 합금에는 기계 부품, 정밀 주물에 쓰이는 실루민(silumin)과 강력 구조재로 쓰이는 두랄루민(duralumin) 등이 있다. Page 9

4. 금속 재질별 기계적 성질 가. 탄소강(기계구조용강) 특성 강은 분류상 기계구조용강으로 분류되며, 탄소의 함량에 따라 물리적 성질이 크게 달라지며, 다양한 분야에 사용되고 있다. 철 선 : 탄소함유량 0.08-0.15%의 연강선재(Low Carbon steel wire rod)를 소재로 하여 산세,수세 또는 디스케일링(Descaling)처리하여 상온에서 다이스를 통해 소정의 굵기로 신선한 것으로 건축용,가정용에 많이 쓰인다.  경강선 : 경강선재(High Carbon steel wire rod)를 열처리한후 산세, 수세 또는 디스케일링 처리하여 상온에서 신선한 제품으로 와이어로프 소재와 스프링용 소재 그리고 일반산업소재로 많이 쓰인다. 냉간압조용강선 : 특수강냉간압조용선재를 사용하여 냉간신선등의 냉간가공 또는 이들을 열처리하여 만든강선을 말한다. 사용하는 종류에 따라 냉간압조용 탄소강선 및 냉간압조용 스테인리스강선등이 있으며 볼트,너트,작은나사,태핑나사등의 체결부품 및 자동차,전기기기등의 각종 기계부품에 사용된다. Page 10

4. 금속 재질별 기계적 성질 나. 기계 구조용강의 물성 구 분 강 종 공 정 기 계 적 성 질 인장강도 (Kgf/㎟) 단면수축율 (%) 경도 (HRB) 탄소강 SWCH 8A/12A SAIP 45이하 75이상 75이하 SWCH 18A/22A 50이하 70이상 85이하 SWCH 25K(F) SWCH 45K(F) 58이하 90이하 PASAIP 54이하 87이하 AISI 1541 60이하 68이상 92이하 합금강 SCM415/420 55이하 88이하 53이하 SCM435/440 62이하 PSASAIP AISI 51B20 52이하 86이하 AISI 4037 SUJ 2 SA/PC 65이하 65이상 94이하 72이하 60이상 96이하 Page 11

4. 금속 재질별 기계적 성질 다. 기계 구조용강의 규격 구 분 표준규격(강종명) 용도 KS JIS AISI 탄소강 일반용 SM10C/58C S10C/58C 1010/1060 기계부속품류,샤프트,기어체인,볼트봉재,스프링, 봉재,레버롤러 등 침탄용 SM09CK/20CK S09CK/20CK 1010/1020 쾌삭용 SUM11/24L 1110/12L14 스크류,조인트,캠,정밀부품류 등 냉간 압조용 SWRCH10K/50K 1010/1050 냉간단조품 선재볼트,너트 등 HSWR27/72B SWRH27/72B 1027/1072 고인장용 선재 합금강 Cr SCr415/445 5120/5140 공구류 사프트,기어,핀, 너트,못, 바이트,키,크랭크롤러 절단장치, 스프라켓 커플링, 파일 캠 등 Mn SMn420/443 1522/1541 Mn-Cr SMnC420/443 1335/1345 Cr-Mo SCM415/822 4130/4147 Ni-Cr SNC236/836   Ni-Cr-Mo SNCM220/815 8615/8640 담금질 성능 보증강 SCr415H/440H 5120H/5140H SMn420H/443H 1522H/1541H SMnC420H/443H 1335H/1345H SCM415H/822H 4135H/4147H SNC415H/815H SNCM220H/420H 8617H/8622H Page 12

4. 금속 재질별 기계적 성질 다. 기계 구조용강의 화학성분 강구분 강 종 화 학 성 분 C Si Mn P S Ni Cr MO Cu 탄소강 S20C 0.18 ∼0.23 0.15 ∼0.35 0.30 ∼0.60 0.030↓ 0.035↓ - S30C 0.27 ∼0.33 0.60 ∼0.90 S45C 0.42 ∼0.48 크롬강 SCr 420 0.60 ∼0.85 0.25↓ 0.90 ∼1.20 0.30↓ 크롬몰리브덴강 SCM440 0.38 ∼0.43 0.15 ∼0.30 스프링강 SUP 9 0.52 ∼0.60 베어링강 SUJ 2 0.95 ∼1.10 0.50↓ 0.025↓ 1.30 ∼1.60 0.20↓ 냉간압조용강 SWRCH 12R 0.10∼ 0.15 0.10↓ 0.30∼ 0.60 Page 13

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 주물 공정 및 재질의 특징 가. 주 물 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 주물 공정 및 재질의 특징 가. 주 물 용해된 금속을 주형속에 넣고 응고시켜서 원하는 모양의 제품으로 만드는 일 나. 주 물 종 류 -. 사용하는 금속에 따라서 주철주물, 알루미늄합금주물,구리합금주물등으로 분류하거나 주형의 종류와 용해된 금속의 유입법에 따라 분류한다. -. 주형주물의 재료는 주물사를 단단히 다져서 만드는 사형등의 조각해서 만드는 금형을 가열하면 단단해지는 합성수지에 모래를 혼합한 것을 미리 가열한 금속제의 모형 위에 떨어뜨려서 고체화시켜 얇은 껍질 모양의 주형을 만드는 셀형등 여러 가지가 있으며, 각각 사형주물,금형주물, 셀몰드 등으로 나누어진다. -. 녹은 금속의 유입방법으로는 중력을 이용하는 중력주조, 녹은 금속을 가압하여 주형에 밀어 넣는 다이캐스팅, 원심력을 이용하여 주형의 구석구석까지 쇳물을 보내는 원심주조, 소량의 화약을 놓고 그 폭발의 압력으로 쇳물을 밀어 넣는 폭발주조, 주형을 아래로 향하게 하여 그 일부를 쇳물의 표면에 조금 넣어두고 쇳물의 면을 가스로 가압하여 주형속에 쇳물을 넣는 동시에 주형의 밑에서는 배기하여 쇳물을 빨아올리는 사출주조법등이 있다.용해된 금속을 주형속에 넣고 응고시켜서 원하는 모양의 제품으로 만드는 일 Page 14

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 다. 작업공정 주조 → 목형제작 → 조형 → 합형 → 용해 → 주입 → 탈사 → 압탕구절단 → 연마(사상) → 쇼트 → 열처리(필요시) → 검사 → 출하 목형제작 조형 합형 용해 주입 탈사 압탕구절단 연마(사상) 쇼트 열처리(필요시) 검사 출하 Page 15

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 라. 주물합금의 종류 및 성질, 특성 1) 회주철 ( grey cast iron ) 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 라. 주물합금의 종류 및 성질, 특성 1) 회주철 ( grey cast iron ) 가) 기호 : JIS → FC , KS → GC 나) 종류 : FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350 다) 경도및 기계적 성질 라) 화학 성분 종 류 인장강도(N/㎡) 경도 (HB) 비 고 구기호 신기호 FC10 FC100 100↑ 201↓ FC15 FC150 150↑ 212↓ FC20 FC200 200↑ 223↓ FC25 FC250 250↑ 241↓ FC30 FC300 300↑ 262↓ FC35 FC350 350↑ 277↓ 화 학 성 분(%) 비 고 원 소 C Si Mn P S 기 준 3.10 ~ 3.40 1.80 ~ 2.30 0.40 ~ 0.70 0.10↓ Page 16

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 마)조직 상태 -. 흑연 크기별 분류 상태 4 1 2 3 흑연의크기 1 흑연의크기 4 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 마)조직 상태 -. 흑연 크기별 분류 상태 4 1 2 3 흑연의크기 1 흑연의크기 4 Page 17

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 흑연상태조직 B 흑연상태조직 E 바) 흑연 불량 조직 상태 흑연상태조직 D 회주철FC 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 바) 흑연 불량 조직 상태 흑연상태조직 B 흑연상태조직 D 흑연상태조직 E 회주철FC 양호한조직 Page 18

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 2) 구상 흑연주철 ( nodular cast iron ) 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 2) 구상 흑연주철 ( nodular cast iron ) 가) 기호 : JIS → FCD , KS → GCD 나) 종류 : FCD350, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800 다) 경도 및 기계적성질 종 류 인장강도(N/㎡) 연신율 (%) 경도(HB) 비고 구기호 신기호 FCD35 FCD350 350↑ 22 150↓ FCD40 FCD400 400↑ 18 130~180 FCD45 FCD450 450↑ 10 140~210 FCD500 500↑ 7 150~230 FCD60 FCD600 600↑ 3 170~270 FCD70 FCD700 700↑ 2 180~300 FCD80 FCD800 800↑ 200~330 라) 화학 성분 화 학 성 분 (%) 비 고 원 소 C Si Mn P S 기 준 2.5↑ 2.7↓ 0.4↓ 0.08↓ 0.02↓ Page 19

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 마) 조직 상태 1 2 3 4 구상화율50~60% 구상화율80~90% Page20 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 마) 조직 상태 구상 흑연 주철의 구상화율(%) 1 2 3 4 구상화율50~60% 구상화율80~90% Page20

5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 A B C D 구상흑연상태조직 D 바. 구상흑연의 불량조직 구상흑연상태조직 A 5. 주물 합금의 제조 공정 및 특성 바. 구상흑연의 불량조직 A B C D 구상흑연상태조직 A 구상흑연상태조직 B ~ C 구상흑연상태조직 D 구상화상태 FCD 양호한조직 Page 21

5. 주물 합금의 제조 공정 주물의 불량 종류와 그 발생원인 구 분 소 구 분 주 요 발 생 원 인 기 공 기홀(blow) 5. 주물 합금의 제조 공정 주물의 불량 종류와 그 발생원인 구 분 소 구 분 주 요 발 생 원 인 기 공 기홀(blow) 가스홀(gas hole) 핀홀(pin hole) 쇳물 속에 잔류하는 가스 주형의 수분과다,통기도 불량 수축공 내부공동(internal porosity) 외부(draw) 수축공동(shrinkage cavity) 쇳물의 응고수축 쇳물 속의 gas도 관계 있다 주입온도, 주조방안 불량 균 열 균열(crack) 열간균열(hot tear) 응고시와 응고 후 금속의 수축차,주형,core의 과변, 주물두께의 불균일 표면 결합 표면거치름(rough surface) 금속침입(metal penetration) 용착(fusion) 타붙음(burning) 침식부스럼(erosion scab) 좌굴(bucking) 주물사의 주조 부적당 목형 표면 다듬질 불량 주물사의 내화도 부족 주입온도의 과고온 주입시의 주형의 강도 부족 주형 열간평팡에 대한 강도 부족 형상 불량 팽창(swell) 전립(shift) 코어부상,치수불량 주형강도의 부족 형조립과 고정 불량 core정착 불량 주입 불량 유동성 불량(misturm) 쇳물경계(cold shut) 슬래그 혼입(slag in clusion) 주입온도,주조방안 불량 Page 22

6. 비철 합금의 특징 비철 합금 재질의 특징 동합금 재료 종류 및 특성 ※ 베어링용 동합금 종류 6. 비철 합금의 특징 비철 합금 재질의 특징 동합금 재료 종류 및 특성 ※ 합금의 내식성에 관한 사용 기준 용 도 재 질 해수에 견딜 수 있는 것 HBSC(1-4), BC2, BC3, SzBC, ALBC, PBC, 순동, 니켈청동, 모넬 황산에 견딜 수 있는 것 PBC, ALBC, 순동, 양은 NaOH(수산화 나트륨) PBC, 양은 염산에 견딜 수 있는 것 과열 증기에 견딜 수 있는것 BC7 고온산화에 견딜 수 있는 것 ALBC, 베릴늄 청동 ※ 베어링용 동합금 종류 용 도 재 질 저속 고하중 베어링 BC, PBC 중고속 중고하중 베어링 PBC, BC6, BC7 충격을 받는 저속하중 베어링 HBSC, ALBC Page 23

6. 비철 합금의 특징 ※ 재질 종류별 사용 용도 KS 규격 사 용 용 도 황동 주물 YBSC1 YBSC2 YBSC3 6. 비철 합금의 특징 ※ 재질 종류별 사용 용도 KS 규격 사 용 용 도 황동 주물 YBSC1 플렌지 종류, 전기부품, 장식용구, 장착쇠붙이 YBSC2 건축용품, 오일링,부쉬, 콕크, 철도용 장착구, 펌프부품, 기계부품,일반기계 부품 YBSC3 부쉬, 패킹부품, 기어, 슬리브, 일반기계부품 고력황동 주물 HBSC1 선박용 프로펠러, 프로펠러 캡, 스크류 박스, 프로펠라 너트, 임펠러 기어, 웜휠, 선박용 장착구 HBSC2 베어링, 슬리브, 에드 플레이트, 벨브봉, 특수 실린더, 일반기계부품 HBSC3 베어링, 나사, 기어, 내마모판, 웜휠 청동주물 BC2 베어링(교량, 공작기계,회전기축), 임펠러, 연료펌프,밸브, 플렌지, 부쉬, 슬리브,기어, 일반기계용 부쉬, 제어기계 부품 BC3 베어링(교량, 공작기계, 추진기 축), 슬리브, 부쉬, 임펠러, 플랜지, 밸브, 기어 BC6 기관차용 베어링, 부쉬, 슬리브, 임펠러, 인쇄용 기계부품, 건축용 장착구, 밸브(밸브덮개, 밸브박스 등) BC7 베어링, 부쉬, 슬리브, 연료펌프, 기화기, 플렌지, 밸브, 콕크, 인쇄용 기계부품 인청동주물 PBC2A 베어링, 부쉬, 슬리브, 피스톤링, 기어, 웜기어, 펌프부품 PBC2B 베어링, 부쉬, 슬리브 기어, 내마모판 PBC3 베어링, 슬리브, 기어, 제지용 각종 롤, 내마모판 알루미늄 청동주물 ALBC1 기어, 웜기어, 베어링, 부쉬, 슬리브, 펌프라이너, 패킹, 임펠러, 내마모판, 제지용 룰 ALBC2 선박용 프로펠러, 임펠러, 베어링, 슬리브, 부쉬, 기어, 웜기어, 밸브봉, 볼트, 너트, 브라켓트, 피스톤, 슬리퍼, 안전공구, 내마모판 ALBC3 선박용 프로펠러, 기어변환기용 포크, 기어, 웜휠, 베어링, 볼트, 너트, 펌프 케이싱, 밸브류, 임펠러, 내해수용 부품, 화학공업용 기기부품 Page 24

6. 비철 합금의 특징 알루미늄합금 재료 죵류 및 특성 재질 주요성분 (%) 합 금 특 성 대 표 적 용 도 1050 6. 비철 합금의 특징 알루미늄합금 재료 죵류 및 특성 재질 주요성분 (%) 합 금 특 성 대 표 적 용 도 1050 순도 99.5 이상 순도 99.0 이상 강도는 낮지만 열, 전기전도성 높음성형성,용접성,내식성양호 반사판, 조명기구, 장식품, 공업용 Tank 도전재전선 도전체 등 2011 Cu(5.0~6.0) 표면처리성과 절삭성이 우수하다 절삭부품 2014 Cu(3.9~5.0), Si(0.5~1.2) Mn(0.4~1.2) 내식성은 떨어지나, 강도가 매우 높고,열간 가공성도 좋음 항공기용재, 수송기구각종구조재용 등 2017 Cu(3.5~4.5) Mn(0.4~1.0) 강도가 높고, 절삭가공성 양호내식성 용접성은 약간 떨어짐 광학기계부품, 기계나사제품각종구조재 부품 등 5052 Mg(2.2~2.8) Cr(0.15~0.35) 내식성 특히 내해수성이 우수하고성형성, 용접성 양호 선박용 구조 부품재, 연료Tank, 가정용기구 등 5056 Cu(0.05~0.2), Mg(4.5~5.6) 내식성과 용접성 우수하다 통신기기, 카메라경통 5083 Mg(4.0~4.9) Mn(0.4~1.0) Cr(0.05~0.25) 비열처리용 합금중 최고의 강도를가지나,성형성은 약간 떨어짐내식성,용접성양호 선박용재, 차량용재, 압력용기용접구조용재 등 6005 Si(0.6~0.9), Mg(0.4~0.6) 표면처리성과용접성브레이징성이우수하다. 자동차부품, 기계부품 6061 Mg(0.8~1.2), Si(0.4~0.8) Cu(0.15~0.4) Cr(0.04~0.35) 내식성, 용접성이 좋고 중간정도의강도로 냉각 가공성은 열처리합금으로 서로양호 차량, 선박 등수송구조재,광학기기등 6063 Mg(0.45~0.9) Si(0.2~0.6) 양극산화 대막은 현저하게 양호 압축 가공성 우수 압출형재료 건축용 Sash,Door나 기타 내외장재 등 6082 Si(0.7~1.3), Mg(0.6~1.2) 내식성이 우수하고다른특성들도양호하다 7003 Zn(5.0~6.5), Mg(0.5~1.0)Si(0.3) 용접구조용 압출합금 차량, 오토바이-림 등 Page 25

7. 표준 규격 비교 KS와 외국 철강 협회 표준 규격 비교표 Page 26 KS (한국) JIS (일본) AISI (미국) (ASTM) BS (영국) DIN (독일) NF (프랑스) ISO (국제표준화) 재 종 명 SM10C S10C 1010 040A10 CK10 XC10 C10 탄소강 SM43C S43C 1043 080A42 ― XC42H1 “ SM45C S45C 1045 060A45 CK45 XC45 C45E4 SMn420 1522 120M19 20M5 22Mn6 망 간 강 SMnC420H 망간크롬강 SCr420 5120 20MC5 34Cr4 크 롬 강 SCM435 4135 708A37 34CrMo4 35CD4 크롬,몰리브덴강 SCM440 4140 708A40 42CrMo4 42CD4 SCM440H 4140H 708H42 SNCM420 4320 니켈,크롬,몰리 SNCM220H 8620H 805H20 20CrNiMo2 SKH53 M3-2 S6-5-3 Z120WDCV HS6-5-3 고속도강 STB2 SUJ2 52100 100Cr6 베어링강 STS304 SUS304 304 304S31 CrNi1810 Z6CN18.09 F47 스텐레스강 SUM11 1110 쾌삭강 SPS1 SUP3 1075 스프링강 SPS5 SUP9 527A60 55Cr3 55C3 Page 26

8. 금속 열처리 종류 와 방법 가. 금속 열처리 란 나. 열처리 종류 금속 (金屬) 열처리(熱處理) 가. 금속 열처리 란 금속 (金屬) 열처리(熱處理) 금속 재료를 가열 냉각하여 기계적 성질을 변화시키는 일. 금속의 담금질·뜨임·풀림 따위로서, 열처리를 하는 온도·유지하는 시간·냉각 속도 따위는 재료나 얻고자 하는 특성에 따라 달라진다 나. 열처리 종류 열처리 종류 철강 재료는 같은 성분이라도 열처리 방법에 따라 조직이 크게 달라질 수 있다. 따라서 열처리를 알맞게 하면 필요에 따라 철강 재료의 기계적 성질과 그 밖의 성질을 변화시켜 사용 용도에 따라 효과적으로 이용할 수 있다.   ① 계단 열처리 (interrupted heat treatment) - 담금질, 뜨임, 불림 , 풀림 , ② 항온 열처리 (isothermal heat treatment) - 진공 ③ 연속 냉각 열처리 (continuous cooling heat treatment) - 연속로 ④ 표면 경화 열처리 (surface hardening heat treatment) - 침탄, 질화, 고주파 Page 27

8. 금속 열처리 종류 와 방법 다. 단계 열처리(소재 열처리) 다. 단계 열처리(소재 열처리) 담금질 : 퀜 칭(Quenching) 담금질은 재료의 경도와 강도를 높이기 위한 작업으로써 재료를 일정온도로 가열하여 (오스테나이트화온도)일정시간 유지한 후에 물이나 기름 (때에 따라서는 공기 중)중에 빠르게 냉각하여 재료의 경도를 높이는 작업입니다. 뜨 임 : 템퍼링(Tempering) 뜨임은 담금질 처리 후 굉장히 경도가 높아져있기 때문에인성이전혀 없습니다. 너무 강해 부러지기 쉽다는 말이죠. 이 재료를 뜨임을 통해 인성을 부여 하는것입니다. 일반적으로 150~200도 사이에서 이루어지는 저온뜨임.200~400도에서 이루어지는 중온뜨임.500도 이상에서 이루어지는 고온뜨임으로 분류 됩니다. 중온 뜨임시에는 트루스타이트 조직을 고온 뜨임 시에는 소르바이트 조직을 얻는것이 일반적입니다. Page 28

8. 금속 열처리 종류 와 방법 불 림 : 노말라이징(Normalizing) : 소준 불림은 재료를 표준조직으로 만들기 위한 작업입니다. 때로는 가공성을 높이기위해서 불림처리를 하기도 하지만 일반적으로는 가공후 담금질처리시 변형을 줄이기위한 작업으로 행해지고 있습니다. 일반적으로 재료를 일정온도로 가열하여(오스테나이트화 온도) 공기중에 냉각하여(강제송풍냉각) 재료의 표준조직을 얻을수 있습니다 풀 림 :  어닐링(Annealing) : 소둔 풀림은 말그대로 재료를 연하게 하기위한 처리입니다. 가공을 쉽게하기위한 풀림(연화풀림), 응력을제거하기위한풀림(응력제거풀림), 완전풀림 등으로 종류가 나뉘어집니다. 풀림처리는 일반적으로 재료를 일정온도로 가열유지한후 노내에서 냉각하여 (노냉) 재료를 연하게 만들어줍니다. Page 29

8. 금속 열처리 종류 와 방법 라. 표면 경화 열처리 침탄법 : 침탄이란 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위해 다음과 같은 단계를 사용하는 방법이다.    탄소함유량이 0.2% 미만인 저탄소강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음, 그 표면에 탄소를 침입하고 확산시켜서 표면 층만을 고탄소 조직으로 만든다. 침탄 후 담금질하면 표면의 침탄층은 마텐자이트 조직으로 경화시켜도 중심부는 저탄소강 성질을 그대로 가지고 있어 이중 조직이 된다. 표면이 단단하기 때문에 내마멸성을 가지게 되며, 재료의 중심부는 저탄소강이기 때문에 인성을 가지게 된다. 이러한 성질 때문에 고부하가 걸리는 기어에는 대개 침탄 열처리를 사용한다. 침탄법은 침탄에 사용되는 침탄제에 따라 고체침탄과 액체침탄과 가스 침탄으로 나눈다.   질화법 :금속 재료 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물(Fe2N) 층을 형성하는 표면경화법을 질화라 부른다. 이것은 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 500℃로 장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다.   침탄처럼 침탄 후 담금질이 필요 없으므로 다른 열처리 방법에 비해 변형이 매우 작으면 내 마멸성과 내식성 과 피로 강도 등이 우수하다.    그러나 다른 열처리에 비해 가격이 많이 든다. a) 침탄에 비해 경화층이 얕고 경화는 침탄한 것보다 크다. b) 마모나 부식에 대한 저항력이 크다. c) 담금질이 필요없으며 열처리에 의한 재료의 변형이 가장 적다. d) 600℃ 이하의 온도에서는 재료의 경도가 감소되지 않으며 산화작용도 잘 일어나지 않는다. Page 30

8. 금속 열처리 종류 와 방법 고주파 표면 경화법 : 0.4 - 0.5%의 탄소를 함유한 고탄소강을 고주파를 사용하여 일정 온도로 가열한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다.   이 방법에 의하면 0.4% 전후의 구조용 탄소강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다.    표면 경화 깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되므로 가열 온도와 시간 등에 따라 다르다. 보통 열처리에 사용되는 가열 방법은 열에너지가 전도와 복사 형식으로 가열하는 물체에 도달하는 방식을 이용하고 있다.   그러나 고주파 가열법에서는 전자 에너지 형식으로 가공물에 전달되고, 전자 에너지가 가공물의 표면에 도달하면 유도 2차 전류가 발생한다.   이 때 가공물 표면에 와전류(eddy current)가 발생하여 표피효과(skin effect)가 된다.    고주파 표면경화에는 다음과 같은 장점이 나타난다. a) 표면에 에너지가 집중하기 때문에 가열 시간을 단축할 수 있다. b) 가공물의 응력을 최대한 억제할 수 있다. c) 가열 시간이 짧으므로 산화나 탈탄 염려가 없다. d) 값이 싸다. Page 31

9. 금속 열처리 조직 변화 Fe-Fe3C 상태도의 해설 ◆ Fe-Fe3C 상태도 탄소는 철과 화합하여 시멘타이트(Fe3C)의 형태로 되는 경우와 또는 탄소單體의 흑연 (黑鉛, graphite)으로 되는 경우가 있다. 강의 경우는 주로 시멘타이트의 형태로 존재 하지만 주철에서는 흑연과 시멘타이트의 두가지 형태가 나타난다. 보통 시멘타이트는 고온으로 가열하면 철과 흑연으로 분해되므로 준 안정상 이라고 할 수 있고,오히려 흑연이 안정상으로 간주된다 실선이 Fe-Fe3C계 상태도를 나타내고, 점선이 철-흑연계 상태도를 나타내는 것이다. 철-흑연계 상태도는 주철에서 주로 고려되는 것이므로 여기서는 Fe-Fe3C 상태도에 대하여만 설명. 실제 열처리작업에서 1200℃ 이상을 사용하는 경우가 극히 드물지만 참고적으로 함께 설명하였다. 특히 1200℃ 이하의 부분은 다음에서 구체적인 설명참조. Page 32

9. 금속 열처리 조직 변화 Fe-Fe3C 상태도의 조직 변화 아공석강 [亞共析綱]탄소가 0.02~0.85% 들어 있는 강 기 호 내 용 A 순철의 용융점 (1538℃) N 순철의 A4 변태점, δ철   γ철 (1394℃) AB δ페라이트의 액상선(응고가 시작되는 온도) AH δ페라이트의 고상선(응고가 종료되는 온도) HN δ페라이트가 오스테나이트로 변태하기 시작하는 온도 JN δ페라이트가 오스테나이트로의 변태를 종료하는 온도 HJB 포정선(1495℃, J점 ; 0.17%C, B점 ; 0.53%C), 이 온도에서 δ페라이트(H) + 액상(B)   오스테나이트(J)의 포정반응이 일어난다 BS 오스테나이트의 액상선 JE 오스테나이트의 고상선 CD 시멘타이트의 액상선 ECF 공정선, 이 온도에서 액상(C)  오스테나이트(E) + Fe3C(F)의 공정반응에 의해서 액상으로부터 오스테나이트와 시멘타이트가 동시에 정출한다 C 공정점(1148℃, 4.3%C), 이 조성의 합금은 공정조직인 레데뷰라이트 (ledeburite)로 된다. E 오스테나이트에 대한 탄소의 최대고용한(1148℃, 2.11%C), 이 조성으로 강과 주철을 구분하고 있다. ES 오스테나이트로부터 시멘타이트가 석출하기 시작하는 온도를 나타낸다. Acm선이라고 부른다 G 순철의 A3 변태점, γ철   α철(912℃) GS 오스테나이트로부터 페라이트가 석출하기 시작하는 온도. A3선이라고 부른다 S 공석점 (0.77%C, 727℃) PSK 공석선, 이 온도에서 오스테나이트(S)   페라이트(P) + Fe3C(K)의 반응에 의해 펄라이트를 만든다. A1선(727℃)이라고 부른다 GP 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태가 종료되는 온도 P α철에 고용하는 탄소의 최대고용도(727℃에서 0.02%C) PQ 페라이트에 대한 탄소의 용해도곡선. 상온에서 탄소고용도는 0.008% 이하이다 M 순철의 A2 변태점(자기변태점, 770℃). MO 강의 A2 변태점 아공석강 [亞共析綱]탄소가 0.02~0.85% 들어 있는 강 공석강  [共析鋼]  탄소의 함유율이 0.86%인 탄소강으로, 어닐링 상태에서는 공석조직만 존재하는 강 과공석강 [過共析鋼]  탄소를 0.85% 이상 함유한 강 Page 33

10. 금속 재질별 열처리 조건 재질 별 열처리 조건 열처리 종류 처 리 로 특 성 적 용 재 질 특 성 적 용 재 질 Quenching & Tempering 열처리 (Q , T) Pit Type 분위기 열처리로, 연속 Type 분위기 열처리로 강을 담금질 경화하는 경우에는 적량의 C를 함유하는 강이 사용되며, 고온도로 가 열한 강을 적정한 속도로 냉각시켜 A1변태를 저지하고 MARTENSITE조직을 얻는 것을 말한다. Quenching된 조직은 매우 강하나 , 적당한 온도로 Tempering하여 인성이 풍부한 조직을 얻는다. 탄소강 : S45C, S50C, S55C 합금강 : SCM435, SCM440, 공구강재 : SK5, SKS3, SKS5 쾌삭강재 : SUM42, SUM43 스프링강재 : SUP6, SUP9 베어링강재 : SUJ2, SUJ3, 주물류 : FCD 소둔, 소준 (Annealing, Normalizing) 연속 Type 소준·소둔로, Batch Type 열처리로, Pit Type 열처리로, 진공로 모든 강재를 다양한 목적을 얻기 위하여 적정한 온도로 가열한 후 적정한 속도로 냉각하는 열처리 방법이다. 소둔에서는 주로 응력제거 및 연화목적으로 처리하며, 응력제거소둔, 연화소둔, 완전소둔, 구상화소둔, 등온소둔, 확산소둔 등이 있다. 소준에는 주로 금속조직을 개선시켜 기계적성질을 향상 시키는데 목적이 있다. 모든강재 주물류 용체화열처리 진공로 특수강재나 석출경화계 Stainless steel의 경우에 적용하는 열처리로 고용화온도까지 가열하고 그 온도에서 충분히 성분금속을 고용한 후 급냉하여 과포화 고용체를 얻는 방법이다. AUSTENITE계 SUS의 경우는 1000℃이상 가열하여 ANNEALING을 행하여 급냉하므로서 고용체를 상온까지 그대로 지속되게 하는 열처리이다. 특수강재 : INCONEL, HASTELLOY SUS강재 : 석출경화형(SUS630, SUS631) SUS강재 : AUSTENITE계열 (SUS304, SUS301S, SUS316) Page 34

10. 금속 재질별 열처리 조건 열처리 종류 처 리 로 특 성 적 용 재 질 특 성 적 용 재 질 시효경화 열처리(Aging), 석출경화 열처리(Precipitate Hardening) 저온용 진공로 과포화고용체를 일정한 온도로 가열, 유지하여 강도를 높여주는 상(PHASE)이 석출하게 하여 합금의 경도를 높이는 열처리방법이다. Stainless steel : 석출경화형 (SUS630, SUS631) Stainless steel : AUSTENITE계열( SUS304, SUS316, SUS301, SUS302 ) 침탄질화열처리 침탄로라인, 피트로라인 침탄질화는 가공성이 좋은 연강, 저탄소강 또는 압연강판재를 가공한 후 그 표면층에 탄소 및 질소를 확산 침투시키고, 그후에는 담금질하여 표면을 경화시키는 처리 법이다. 강의 내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고, 표면층은 높은 내마 모성을 유지할 수 있으며 처리온도가 낮아 담금질 왜곡이 적다.. 냉간압연강판 : SPCC, SPCD, SPHE 열간압연강판 : SPHC, SPHD, SPHED 저탄소강 : S10C, S15C, S20C  침탄열처리 (고체침탄, 액체침탄, 기체침탄, 진공침탄, 플라즈마침탄) 침탄은 가공성이 좋은 저합금강을 기계가공한 후 그 표면층에 탄소를 침투 확산시켜 고탄소강으로 하고, 그후에 담금질하여 표면을 경화시키는 처리법이다. 강의 내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고, 표면층은 내마모성을 유지할 수 있다. Ni-Cr-Mo강 : SNCM220, 415, Cr-Mo강 : SCM415, 631, 815 Ni-Cr강 :SNC415, 631, 815 Cr강 : SCr415, 420, 430 Mn &Mn-Cr강재 : SMn420, 기타 저 탄소강재 Page 35

10. 금속 재질별 열처리 조건 열처리 종류 처 리 로 특 성 적 용 재 질 연질화, 순질화 Base Gas 연질화로 특 성 적 용 재 질 연질화, 순질화 Base Gas 연질화로 Fe는 분자상의 흡수하기는 어려우나 고온에서 GAS와 접하면 쉽게 N와 화합한다. 질화처리는 낮은 온도에서 진행되므로 변형이 최소화되며 화합물층은 높은 내마모성과 내식성을 갖는다. 질화의 종류는 GAS질화, 액체질화, TUFFTRIDING 등이 있다 탄소강 : 저탄소강, S45C, S50C, S55C 합금강 : SCM435, SCM440, SCr435, SCr440 주물류 : FC, FCD 냉간압연강판재 : SPCC, SPCD 질화강재 : SACM645 유도경화 열처리 (고주파, 중주파, 저주파) 고주파 및 중,저주파 열처리로 고주파 담금질은 가열원으로 피담금질물체내에 소위 SKIN EFFECT로서 유도된 고주파전류의 주울열을 주체로 한 담금질법이다. 다른 표면경화법과 다른점은 자체 경화능이 있는 강재를 사용하여 급속히 표면만을 가열하여 담금질하므로서, 내부는 거의 소재상태로 유지되어 변형이 최소화 되며 필요한 부분만 선택적으로 열처리하므로서 원하는 기계적성질을 얻는 열처리이다. 탄소강 : S45C, S50C, S55C, SUJ2 합금강 : SCM435, SCM440, SCr435, SCr440 주물류 : FC, FCD 스테인레스강 : SUS420, SUS420J2, SUS410, SUS430 Page 36

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 열처리 경도 및 경화층 가. 경도의 종류 경도(hardness)란? 일반적인 경도에 대한 개념은 무르다. 딱딱하다라는 경험에 바탕을 둔 것으로서 가장 일반적인 정의는 ‘압입에 대한 저항’으로 표현되나 정확한 것은 아니다 그 이유는 경도는 재료의 물리적 성질에 직접 연관이 되는 물리상수가 아니라 인위적으로 정한 공업상수이기 때문이다. 경도시험은 재료의 경도값을 알고자 하거나 경도값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도값으로부터 시편의 가공상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우에 행하기도 한다. 가. 경도의 종류 브리넬 경도(Brinell hardness) 지름이 D mm인 강구(鋼球)를 재료에 일정한 압력으로 누르고, 이때생기는 우묵한 자국의 크기로 경도를 나타낸다. 즉, P kg으로 눌렀을 때 지름이D mm 이고, 깊이가 h mm인 우묵한 자국이 생겼다고 하면, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh 로 표시된다. 브리넬 경도계 시험기(BRNELL HARDNESS TESTER)는 강구의 압자를 일정한 시험하중으로 시편에 압연시켜 시험하는 브리넬 경도시험기로 열처리, 주물, 주강, 특수강 제품 금속소재 및 비철금속, 합금소재, 프라스틱, 합성수지 등의 경도시험에 편리한 측정기입니다 Page 37

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 로크웰경도시험기(Rockwell Hardness) 나타내는 기기를 경도시험기(Hardness Tester)라한다. 로크웰 경도(Rockwell Hardness)는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각[頂角]이 120 °, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다. 비커스경도(Vickers hardness) 대면각(對面角)이 136 °인 다이아몬드의 사각뿔을 눌러서 생긴 자국의 표면적 으로 경도를 나타낸다.누르는 하중을 P kg, 표면적을 S mm2라고 하면, 비커스경도는 HV>=P /S 로 표시된다. 대면각(對面角) 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자(壓子)를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트(pit:들어간 부분)를 만들고, 하중(荷重)을 제거한 후 남은 영구 피트의 표면적(表面積)으로 하중을 나눈 값으로 나타내는 경도를 비커스경도(Vickers hardness)이다. Page 38

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 쇼어 경도 추를 hO의 높이에서 떨어뜨리고, 튀어 오른 높이를 h라 하면, 쇼어경도 Hs는 HO>=(10,000/65)×(h /hO>)로 표시된다. 실제로는 경도 값을 판독할 수 있게 되어 있다. 브리넬, 로크웰, 비커스 경도기는 압입 경도시험기로 재료를 강하게 눌러 시험체 표면의 영구변형을 살피는 것이며, 쇼어 경도계는 해머 등을 충돌시켰을 때의 반발력을 측정하는 충격경도 시험기이다. 또 재료를 날카로운 도구로 굵어 할퀴기 경도를 측정하기도 한다. 광물의 굳기를 결정하는 데는 모스 경도계가 사용된다. Page 39

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 로크웰 경도기 측정 기준 경도기호 스케일 누 르 개 기준하중(Kg) 비 고 HRA HRD 누 르 개 기준하중(Kg) 비 고 HRA HRD HRC A D C 앞끝이 곡률반지름 0.2mm, 원추각 120˚의 다이아몬드 60 100 150 HRF HRB HRG F B G 강구 또는 초경 합금 구 지름 1.5875㎜ HRH HRE HRK H E K 지름 3.175㎜ 60 100 150 HR15N HR30N HR45N 15N 30N 45N 앞끝의 곡률반지름 0.2㎜, 원추각 120˚의 다이아몬드 15 30 45 HR15T HR30T HR45T 15T 30T 45T 지름1.5875㎜ 15 30 45 Page 40

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 경도 비교 환산표 Page 41 로크웰경도 비커스 브리넬 경도 로크웰 경도 쇼어 경도 경도 HB HRA HRB HRC Hv 표준볼 텅스텐 60kgf 100kgf Hs 60kgf Barle (하중150kgf) 카바이트볼 압자 1/16 볼 (하중 150kgf) 68 940 - 85.6 97 38 372 353 69.4 51 67 900 85 95 37 363 344 68.9 50 66 865 84.5 92 36 354 336 68.4 -109 49 65 832 739 83.9 91 35 345 327 67.9 -108.5 48 64 800 722 83.4 88 34 319 67.4 -108 47 63 772 705 82.8 87 33 311 66.8 -107.5 46 62 746 688 82.3 32 318 301 66.3 -107 44 61 720 670 81.8 83 31 310 294 65.8 -106 43 60 697 654 81.2 81 30 302 286 65.3 -105.5 42 59 674 634 80.7 80 29 279 64.7 -104.5 41 58 653 615 80.1 78 28 271 64.3 -104 57 633 595 79.6 76 27 264 63.8 -103 40 56 613 577 79 75 26 272 258 63.3 -102.5 55 560 78.5 74 25 266 253 62.8 -101.5 54 543 72 24 260 247 62.4 -101 53 525 77.4 71 23 254 243 100 52 544 500 512 76.8 69 22 248 237 61.5 99 528 487 496 76.3 21 231 98.5 513 475 481 75.9 20 238 226 60.5 97.8 498 464 469 75.2 -18 230 219 96.7 484 451 455 74.7 -16 222 212 95.5 471 422 443 74.1 -14 213 203 93.9 458 432 73.6 -12 204 194 92.3 45 446 421 73.1 -10 196 187 90.7 434 409 72.5 -8 188 179 89.5 423 400 -6 180 171 78.1 412 390 71.5 -4 173 165 85.5 402 381 70.9 -2 166 158 83.5 392 371 70.4 160 152 81.7 39 382 362 69.9 Page 41

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 열처리 경화층 열처리 경화층 종류 경 화 층 이란? : 열처리 담금질로 경화되는 깊이.(조직의 변화) 열처리 경화층 종류 유효 경화층 깊이 퀜칭한 그대로 또는 200℃를 초과하지 않는 온도에서 텀퍼링 한 경화층의 표면으로부터 비커스 경도 450~550의 위치까지의 거리 전 경화층 깊이 경화층의 표면으로부터 경화층과 소지(素地)의 물리적 또는 화학적 성질의 차이를 더 이상 구별할 수 없는 위치까지의 거리 유효경화층 전경화층 Page 42

11. 금속 열처리 경도 및 경화층 열처리 경화층 측정 방법 금속 열처리 조직 경도 시험에 의한 측정 방법 시험품의 절단면에 대하여 경도 시험을 하여 경화층 깊이를 측정하는 방법이다 마크로 조직 시험에 의한 측정 방법 시험품의 절단면을 부식하여 저배율의 확대경으로 관찰하고, 경화층 깊이를 측정하는 방법이다 열처리 담금질로 경화되는 깊이. 금속 열처리 조직 금속조직 [金屬組織] 금속의 결정입자의 형태 ·크기 ·성질 등의 총칭으로 금속재료의 성질이나 특성은 금속, 합금의 내부조직과 밀접한 관계가 있다. 금속현미경으로 관찰한 금속재료의 조직은 많은 돌이 이루어진 돌담 모양을 한 결정립의 집합체이므로 이들의 성질은 결정립의 집합상태와 결정립 내의 격자 결함 의양 및 상태, 결정격자중에서의원자의배치상태에따라서크게 변화한다. Page 43

11. 금속 열처리 조직 금속 열처리 조직 의 종류 페라이트 (Ferrite) 11. 금속 열처리 조직 금속 열처리 조직 의 종류 페라이트 (Ferrite) 단단하고 부서지기 쉬우며 철을 포함하고 있고 보통 회백을 딴다 펄라이트(Perlite) 화산작용으로 생긴 진주암을 가열, 팽창한 인공 토양과 비숫한 모양이며 회청색을 딴다 베이나이트 (Bainite) 침상 마르텐사이트와 혼동하기 쉽다. 그러나 마르텐사이트보다는 부식되기 쉽고 또 경도가 작다. 이 베이나이트에는 2종류가 있는데 고온의 항온 변태에 의해서 얻어진 것을 상부 베이나이트 , 저온에서 하부베나이트이다 오스테나이트 (austenite) 감마(γ)철로 알려진 특수한 형태의 철과 탄소의 고용체(固溶體). 철을 910℃ 이상으로 가열할 때 형성되며 면심입방구조(面心立方構造)를 갖는다. 마르텐사이트 ((martensite) 변태점 이상의 온도에서 급랭할 때 어떤 온도 이하에서 생성되는 침상의 준안정 상태의 조직. 시멘타이트 (cementite) 광택을 띠고 단단하고 충격에는 악하며, 불안정하여 900℃에서 장시간 방치하면 분해되어 흑연으로 되는 철과 탄소의 화합물이다. 노멀라이징 (Normalizing)      강을 오스테이나이트 범위로 가열하고 서서히 공냉에서 결정조직이며 변형 등이 발생하는 조직 Page 44

11. 금속 열처리 조직 열처리 조건 별 조직 [Annealing 조직] 재질 S45C 배율 배율 400배 열처리조건 820℃ 로냉 조직 Ferrite(백)+pearlite(흑) 재질 SCM415 배율 배율 400배 열처리조건 820℃ 로냉 조직 Ferrite(백)+pearlite(흑) Page 45

11. 금속 열처리 조직 [Quenching Tempering 조직] 재질 S45C 배율 배율 400배 열처리조건 Sorbite 재질 SCM440 배율 배율 400배 열처리조건 880℃유냉, 620℃ Tempering 조직 Sorbite Page 46

11. 금속 열처리 조직 [침탄 열처리 조직] 재질 S10C 배율 배율 400배 열처리조건 960℃ 침탄,    850℃ Quenching   160℃ Tempering 조직 Tempered martensite 표면   에는  입계산화물 존재 재질 SCM415 배율 배율 400배 열처리조건 920℃ 침탄,    830℃ Quenching   180℃ Tempering 조직 Tempered martensite 표면   에는  입계산화물 존재 Page 47

11. 금속 열처리 조직 [고주파 열처리 조직] 재질 S45C 배율 배율 400배 열처리조건 870℃ 가열 분사 냉각 200℃   Tempering 조직 Tempered martensite 재질 SCM435 배율 배율 400배 열처리조건 870℃ 가열 분사 냉각 180℃   Tempering 조직 Tempered martensite Page 48

11. 금속 열처리 조직 [Gas 연질화 조직 ] 재질 S45C 배율 배율 400배 열처리조건 Q.T 후 580℃ Gas 연질화 조직 기지조직은 Sorbite, 표면의    백층은 화합물층, 백층 아래    는 확산층 재질 SCM415 배율 배율 400배 열처리조건 Q.T 후 580℃ Gas 연질화 조직 기지조직은 Sorbite, 표면의    백층은 화합물층, 백층 아래    는 확산층 Page 49

12. 파이프 가. 파이프 란? 나. 파이프 종류 다. 파이프 재질 파이프 물·가스·증기 등을 수송하는 관 가. 파이프 란? 파이프 물·가스·증기 등을 수송하는 관 담배를 담아 피우는 담뱃대 구조용 강관 나. 파이프 종류 구조용 각 파이프 , 배관용 강관, 압력 배관용 강관, 일반 구조용 탄소강관, 구조용 강관, 하우스 백 파이프 다. 파이프 재질 * SGP (Carbon Steel Pipes for Ordinary Piping) - 일반배관용 탄소강관 (KS표기는 SPP) * STPG (Carbon Steel Pipes for Pressure Service)-압력배관용 탄소강관 (KS표기는 SPPS) * STS (Carbon Steel Pipes for High Pressure Service ) - 고압배관용 탄소강관 (KS표기는 SPPH) * STPT(Carbon Steel Pipes for High Temperature Service) - 고온배관용 탄소강관 (KS표기는 SPHT) * STPY (Arc Welded Carbon Steel Pipes) - 배관용 아크용접 탄소강관 (KS표기는 SPW) Page 50

12. 파이프 라. 기계구 조용 강관 1) 적용범위 : 기계, 자동차, 자전거, 가구, 기구, 기타 기계부품에 사용하는 탄소 강관 2) 제조종류는 : Killed강으로 제조되며 제조 종류는 다음과 같다. A : 열간 가공상태 열처리한 것 B : 냉간 가공상태 또는 응력 제거 열처리한 것 C : A,c 이외의 것 (ERW 등) 마. 기계적 특성 규 격 KS D 3517 (JIS G 3445) 구 분 STKM11A STKM12A STKM12B STKM12C STKM13A STKM13B STKM13C STKM14A STKM14B STKM14C 규 격 명 기계구조용탄소강관 화 학 성 분 (%) C(최대) 0.12 0.2 0.25 0.3 Si(최대) 0.35 Mn(최대) 0.6 0.30-0.90 0.30-1.00 P(최대) 0.4 0.04 S(최대) 기 계 적 성 질 인장강도 (최소) kgf/mm2 30 35 40 48 38 45 56 42 52 N/mm2 290 390 370 440 550 410 500 항복점 (최소) - 18 28 22 31 25 36 175 275 215 305 245 355 연신율 (최소) (%) 11-12호시험편 20 15 5호시험편 10 편평시험 H:평판 사이의 거리(mm) D:외경(mm) H=1/2D H=2/3D H=3/4D H=7/8D 굽힘시험 굽힘각도x내면반경(D:외경)외경50mm이하관에 적용 180° 90° 4D 6D 9D 8D Page 51

12. 파이프 바. 인발 파이프 와 조관 파이프 구별 방법 1. 인발파이프 : 보통 Seamless Pipe를 제조업체에서 만들어서 판매를 하는데, 그것은 인발(Drawing)과정을 거쳐서 늘이는 것입니다. 파이프의 두께는 엷어지고 길이는 늘어나겠죠. 제조회사에서 정상적으로 만든 파이프는 특성치가 다 나와있어서 안심하고 쓸 수가 있습니다만, 인발 파이프는 그런 특성치의 보증은 되지 않을 것으로 생각되고, 따라서 특히 고압배관에 사용할 경우에는 주의를 해야 할 것. 2. 조관파이프 : 각각의 배관 규격에 맞는 물성치를 가진 강판을 제조회사로 부터 사입하여 조관기(파이프를 만드는 기계)에서 Roller를 여러단계 거치면서 파이프의 형상으로 만들고, 그게 지나가면서 자동용접기로 용접을 해서 파이프로 만듭니다. 용접선이 들어가긴 하지만 후처리 과정에서 용접부위의 물성이 원래 강판의 물성과 거의 차이가 없도록 하고 있기 때문에 특별한 고압부분이 아니면 사용상의 문제는 없을 것으로 생각합니다 Page 52

13. 금속 열처리 불량으로 발생한 사건 사고 1) '훈련때 두 동강‘난 대공포 열처리 불량으로 발생된 예 국내 무자격 업체에서 만든 불량 오리콘 대공포 몸통 79개를 국방부에 납품한 혐의(사기) 등으로 구속 기소된 N사 대표 안모 씨에게 징역 5년과 벌금 3억5천만원을 선고했다. 문제의 포 몸통은 열처리를 하지 않아 인장 강도가 떨어져 조기 손상이 발생하는 것으로 드러났다. 79개 가운데 6개는 훈련 사격 때 조기 균열·파손이 됐고 지난 3월에는 충남의 한 사격장에서 진행된 훈련에서 포 몸통이 아예 두 동강 나버리기도 했다. Page 53

13. 금속 열처리 불량으로 발생한 사건 사고 2) 인공위성 ‘나로호’ 폭발원인 ` 볼트 2) 인공위성 ‘나로호’ 폭발원인 나로호의 발사 실패 원인을 조사해온 항공우주연구원이 러시아가 제작한 1·2단 분리 볼트의 결함을 결정적인 원인으로 결론 내렸다. 항우연은 여러가지 원인을 두고 컴퓨터 시뮬레이션과 축소 모형 실험 등을 통해 분석한 결과 발사체 1·2단 분리 볼트 8개 가운데 1개가 문제를 일으켰다고 밝혔다. 232초에 폭발해 발사체 1단과 2단을 분리하는 기능을 하는 볼트가 불리 되지않아 발사체에 구멍이 났고, 이것이 큰 폭발로 이어졌다는 것이다. 교육과학기술부는 나로호 폭발 원인에 대해 1단과 2단을 결합하는 볼트의 결함도 폭발 원인 가능성을 신중한 입장이다.  한·러 양측은 제시한 실패 시나리오에 대해 공동실험을 실시할 계획이다. 우리 측 주장이 맞는 것으로 결론이 나면 내년 중 3차 발사가 이뤄질 것으로 예상된다. 볼트가 불리 되지 않은 이유 (추정) 볼트 열처리 누락으로 소착 (사용후 부품 열처리 공정 문제 발견) ` 볼트 Page 54

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