열처리[heat treatment]

열처리[heat treatment]

재료의 특성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 가열․냉각조작. 철강재료에 있어서 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 오스템퍼, 마르에이징강, 알루미늄합금에 의한 시효 등이 있다.

 

재료는 열처리를 실시함으로써 다양한 상태로 변화시킬 수 있다. 그러한 상태 중에서 결정립의 크기, 결정립을 구성하는 결정의 구조, 결정에 포함되는 전위 등의 격자결함, 결정 속 또는 결정립계에 존재하는 석출물 등처럼 광학현미경 또는 전자현미경으로 관찰할 수 있는 정도의 치수를 갖는 구조를 조직(micro-structure)이라고 부른다.

 

재료의 특성은 이러한 조직과 밀접하게 관련되어 있으므로 열처리에 의해 조직을 변화시키는 것을 통하여 재료에 다양한 특성을 부여할 수 있다. 변화시키는 조직의 종류, 가열․냉각의 방법
등에 의해 다양한 열처리가 있다.

 

그러나 열처리를 잘못하면 그 재료의 우수한 특성을 끌어내지 않을 뿐만 아니라 특성을 열화시켜서, 경우에 따라서는 사고의 원인이 되는 경우도 있다.

 

뜨임한 후 지연속도에서 냉각하면 인성이 크게 저하함을 알 수 있다. 어느 특성 예를들면 인성을 향상시키는 열처리가 다른 특성 예를들면 강도나 내식성 가공성 등을 손상시키는 경우도 자주 있으므로 주의가 필요하다.

열처리의 효용을 더욱 높이기 위해 가열․냉각에 가공의 효과를 조합시켜 이용하는 것도 이루어진다. 이렇게 한 처리를 가공열처리(thermo-mechanical treatment)라고 한다.

 

대표적인 가공열처리에는 철강재료의 제어압연, TMCP(thermo-mechanical control process), 오스포밍, 아이소포밍, 알루미늄합금의 T8처리, 프레스열처리, 다이퀜칭처리 등이 있다. TMCP는 강의 열간압연 공정으로 가열온도와 가열시간, 압하율 등의 압연조건, 냉각속도 등을 컴퓨터를 이용하여 세밀하게 제어하는 방법으로, 용접성이 좋고 강도가 높은 재료가 가능하다.

 

아이소포밍은 오스테나이트변태에서의 냉각 도중에 펄라이트 또는 베이나이트가 생성되지 않으면서 가공하는 처리이다.

 

강도상승은 그 정도로 크지는 않지만 조직의 미세화에 의해 인성의 향상이 얻어진다. T8처리는 담금질 후 냉간가공을 하므로 인공적으로 시효처리를 하는 것이다.

 

프레스열처리는 가공시에 소성일이 열로 변함됨에 따른 온도상승으로 석출물을 고용시키는 처리이다. 다이퀜칭처리는 마찬가지로 가공에 의한 온도상승을 이용하는 것인데 냉각 도중에 석출물이 생성되지 않도록 압출재가 다이스에서 나온 직후에 물을 끼얹어 담근질하는 처리이다. 

한편 열처리는 구조재료만이 아니라 반도체재료, 초전도재료, 형상기억합금이나 세라믹스 등의 기능성재료에 있어서도 특성 향상을 위해 이용되고 있다.