학문
기계 부품의 경도를 극적으로 높이고자 표면에 탄소 분자를 침투시키는 침탄 열처리 공정이 표면은 단단하고 내부는 유연하게 유지할 수 있게 해주는 비결은 무엇인가요?
기계 부품의 경도를 극적으로 높이고자 표면에 탄소 분자를 침투시키는 침탄 열처리 공정이 표면은 단단하고 내부는 유연하게 유지할 수 있게 해주는 비결은 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
침탄은 강철을 높은 온도로 가열한 뒤 표면에서 탄소 원자가 안쪽으로 확산되도록 하는 열처리 방법을 말합니다.
이때 탄소는 주로 표면 부근에 많이 들어가고 중심부까지 깊게 침투하지 않기 때문에 바깥쪽과 안쪽의 탄소 농도 차이가 발생하게 되는데, 이후 급랭하면 탄소가 많은 표면은 매우 단단한 마르텐사이트 조직으로 변해 경도가 크게 올라갑니다.
반면 탄소가 적은 내부는 표면보다 덜 단단하고 인성이 높은 상태를 유지하기 때문에 충격을 잘 견딜 수 있습니다. 즉, 침탄의 핵심은 표면만 고탄소층으로 만든 뒤 열처리해 겉은 단단하고 속은 질긴 구조를 만드는 것에 있다고 볼 수 있습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
침탄 열처리가 표면은 단단하고 내부는 유연하게 유지되는 비결은 탄소 함량이 낮은 저탄소강 소재를 바탕으로 표면에만 탄소를 선택적으로 확산시키는 농도 조절에 있습니다. 공정 초기 소재는 충격에 강하고 질긴 성질을 가진 저탄소강을 사용하여 내부가 외부 하중이나 충격을 유연하게 흡수할 수 있는 인성을 그대로 간직하도록 만듭니다. 여기에 고온의 탄소 풍부한 환경에서 열처리를 가하면 부품의 외곽 표면층에만 탄소 원자가 깊숙이 침투하여 표면 탄소 농도가 대폭 높아지는 침탄층이 형성됩니다 이후 급랭 공정을 거치면 탄소가 풍부해진 표면은 경도가 극도로 높은 마르텐사이트 조직으로 변해 강력한 내마모성과 표면 강도를 발휘하게 됩니다. 반면 탄소 침투가 이루어지지 않아 낮은 농도를 유지한 내부는 급랭 후에도 연성과 충격 저항성이 우수한 조직을 그대로 유지하여 전체적인 파손을 방지합니다 결과적으로 마찰을 견디는 단단한 표면과 충격을 흡수하는 유연한 내부가 하나의 부품 안에서 조화를 이루어 기계적 신뢰성을 극대화할 수 있습니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
침탄은 처음부터 탄소가 0.1~0.2%밖에 안 되는 저탄소강으로 부품을 만들어요. 이 강을 900도 안팎으로 가열해 탄소가 풍부한 가스 속에 두면 탄소 원자가 표면으로 들어와 철 원자 사이를 비집고 안쪽으로 퍼져 나가요. 확산은 시간이 걸려서 몇 시간 처리해도 겉에서 0.5~2mm 깊이까지만 탄소가 0.8% 정도로 늘어나고, 중심부는 원래의 저탄소 그대로 남아요.
그다음 뜨거운 상태에서 기름이나 물로 급히 식히는 담금질을 하면 탄소가 갇히면서 마르텐사이트라는 단단한 조직이 돼요. 마르텐사이트의 경도는 탄소량에 크게 좌우돼서, 탄소가 많은 표면은 아주 단단해지고 탄소가 적은 중심부는 덜 단단한 대신 끈질긴 성질을 유지해요. 마지막에 200도 아래에서 다시 살짝 가열하는 뜨임으로 표면의 취성을 덜어줘요.
표면 조직이 부풀면서 겉에 압축 응력이 남는 것도 반복 하중에 생기는 균열을 막아줘요. 기어나 캠축처럼 겉은 닳지 않고 속은 충격을 버텨야 하는 부품에 많이 써요 :)
침탄 열처리는 부품 표면에 탄소를 침투시킨 뒤 담금질해 표면은 단단하게 만들고 내부는 질긴 상태로 유지하는 방식을 말합니다.
표면은 마모에 강해지고 내부는 충격을 흡수해 쉽게 깨지지 않는 장점이 있습니다. 자동차 기어처럼 마찰과 충격을 동시에 견뎌야 하는 부품들에서 주로 많이 활용되고 있는 방법입니다.
안녕하세요.
침탄 열처리는 고온에서 탄소를 강철 표면에 침투시킨 뒤 급랭해 표면에 단단한 마르텐사이트조직을 만드는 공정이에요.
내부는 탄소 함량이 낮아 상대적으로 질기고 충격을 잘 견디기 때문에 기어와 축 같은 부품에 적합하죠.
표면은 마모에 강하게, 내부는 충격에 잘 버티게 만드는 것이 핵심이고, 탄소가 침투하는 깊이와 열처리 조건을 조절해 필요한 특성을 얻어요.
감사합니다.