항온열처리 TTT선도, 연속냉각곡선 CCT선도

TTT선도[time-temperature-transformation diagram]

재료를 고온에서 냉각했을 때에 생기는 변태의 모습을 횡축을 시간, 종축을 온도로 하여 나타낸 그림.

 

<열처리의 중요성>

우리가 알고 있는 열처리란 금속재료에 가열과 냉각을 실시하는 것을 말한다. 그렇게 하는 주요 목적은 금속재료에 필요로 하는 원하는 목적으로 하는 성질을 얻기 위해 실시하는 것으로 주조품의 경우 균질화, 주조 응력의 제거, 재질의 경화 및 연화 등을 제거하는 것으로 즉 주조품의 균일 안정화, 강도를 높이는 등의 목적을 이룰 수 있는 것이다.

주조품을 사용할 때의 신뢰도를 높이기 위해서, 특히 「주철」 「주강」 「주물」에 있어서, 열처리는 빠뜨릴 수 없는 것이다. 또한, 용접 구조물에 있어서 내부 응력의 제거라는 점에서도 열처리는 매우 중요하다.

용접에 있어서는 일반적으로 급열, 급냉의 국부적 융해를 수반하므로, 그대로는 변형이나 수축이 일어나, 항복점에 가까운 내부 응력이 용접부 부근에 잔류하기 쉽다. 또한 용접열의 영향으로 모재가 국부적으로 변질되는 경우도 많다. 이들 내부 응력을 제거함으로써 「취성 파괴」 「피로」 「응력 부식」에 대한 저항력의 증대, 구조물의 치수 안정화가 가능해진다. 특히 고정밀도를 필요로 하는 「공작 기계」 「정밀 측정 기기」 등에 있어서 내부 응력 제거가 아주 중요하다.

 

고온에서 다양한 온도로 급냉하고 각각 온도에 등온유지했을 때 변태(등온변태)의 진행 모습과 유지온도의 관계를 나타낸 것과, 고온에서 다양한 냉각속도로 연속적으로 냉각하고 각각의 냉각시에 대한 변태의 진행 모습과 온도, 시간의 관계를 나타낸 것이 있다.

 

전자를 등온(또는 항온)변태선도(IT도, isothermal transformation diagram)라고 부르고, 후자를 CCT선도라고 부른다(☞CCT선도). 일반적으로 등온변태선도를 TTT선도라고 부르는 경우도 많으므로 주의할 필요가 있다.

 

등온변태선도나 CCT선도를 구해 두면 어떤 열처리 조건을 이용하여 목적으로 하는 성질을 철강재료에 부여하면 좋은지 검토하기 쉽다.

 

그 때문에 대부분의 철강강재료 각각에 있어서 등온변태선도 및 CCT선도를 구할 수 있다.

항온열처리 TTT선도

CCT선도

항온처리에는 오스템퍼(AT), 마르퀜칭(MQ), 마르템퍼(MT)라고 하는 크게 3종류의 항온처리가 있다.

 

항온열처리는 등온열처리라고도 하지만, 시간온도 변태곡선(TTT곡선)에 근거하여 오스테나이트화 온도로부터 어느 온도에 담금질하고, 그 온도에서 등온을 유지하는 열처리를 말한다. 대표적인 항온열처리로 오스템퍼, 마르템퍼, 서브 제로 처리가 있다.

오스템퍼란, 오스테나이트화 온도로부터 Ms점 이상의 온도의 열욕 중에 담금질하고, 등온 유지하여 과냉각 오스테나이트를 변태 종료시켜 그 후 냉각한다. 템퍼링은 필요하지 않다. 이 등온 처리에서는 베이나이트 조직을 얻을 수 있고, 500℃ 정도의 비교적 높은 온도에서 변태시키는 조직은 상부 베이나이트로 불리는 깃털 형상 조직을 나타내고 있고, Ms점 근처에서 변태시키는 조직은 하부 베이나이트라고 불리는 마르텐사이트에 비슷한 침상 조직을 나타낸다. 등온 열처리 온도가 낮을수록 높은 경도를 얻을 수 있으며 통상의 담금질 템퍼링 처리에 비해 충격치가 개선되어 끈질긴 특성이 된다.

마르템퍼란, 오스테나이트화 온도로부터 Ms점과 Mf점의 중간 온도로 유지한 열욕 중에 담금질하고, 처리품 내부가 담금질 온도가 될 때까지 등온 유지하고, 통상 베이나이트 변태가 시작되기 전에 꺼내 공냉 한다. 담금질 등온 유지 온도가 Ms점 직상의 경우를 마르켄치, Ms점 직하인 경우를 Ms켄치라고 하는 일도 있다. 마르템퍼는 엄밀하게는 등온 유지를 변태가 종료할 때까지 장시간 계속하는 경우를 의미하지만, 현실적인 처리로서 도중에서 꺼내 공냉한다. 마르텐퍼는 마르텐사이트 변태가 서서히 진행되기 때문에, 균열이나 담금질 변형을 방지할 수 있다. 도중에 꺼내 공냉 처리하는 경우에 얻을 수 있는 조직은 담금질 마르텐사이트이므로, 템퍼링에 의해 템퍼링 마르텐사이트와 저온 베이나이트 조직으로 변태시킨다.

서브 제로 처리는, 오스테나이트화 온도로부터 Mf점 이하로 담금질하고, 또한 0℃ 이하의 온도에서 등온 유지하는 열처리이다. 담금질시에 잔류하는 오스테나이트를 완전하게 마르텐사이트 변태시키는 목적으로 실시하며, 균열의 방지나 내마모성의 향상 등을 목적으로 한다. 고탄소강일수록 담금질로 오스테나이트가 잔류하기 쉽기 때문에 공구강이나 베어링강 등의 고탄소 특수강 등에 유효한 열처리법이다.