강의 심냉처리와 초심냉처리

1. 심냉처리의 의미

강의 심냉처리는 퀜칭(담금질)후 강의 잔류 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 변태시켜 성질을 개선시키는 처리를 의미합니다.

-100°C까지를 심냉처리, -100°C 이하를 초심냉처리로 구별합니다.

1) 잔류 오스테나이트 발생 이유

퀜칭 시 급격한 냉각속도로 인해 잔류 오스테나이트가 생기기도 하고 고탄소강재와 오스테나이트화 온도가 높은 강재의 경우 잔류 오스테나이트가 많이 생길 수 있습니다.

2) 잔류 오스테나이트로 인한 문제

-경도 저하

-치수 불안정

-연마 시 균열 가능성 증가

-자성 저하

-템퍼링(뜨임)시 균열 가능성 증가

2. 심냉처리의 방법

1) 단열재가 내장된 스테인레스 통속에 드라이아이스와 알콜을 넣어 -78°C로 유지시켜 준비한다.(심냉처리 설비의 경우 -87°C까지 가능)

*액체질소를 통해 -196°C에서 초심냉처리를 할 수 있습니다.(액체법과 가스법이 있음, 액체법이 냉각이 빠르나 가스법이 균열방지에는 효과적)

2) 퀜칭 후 즉시 준비된 냉매에 제품 넣습니다.

3) 제품의 두께에 따라서 유지합니다. (두께 25mm 당 30분, JSTH법과 ASM규격 에서는 1시간 권장)

4) 냉매에서 꺼낸 후 상온으로 돌아가기 위해 공기 중에 두거나, 100°C 물에 투입해 승온 시킵니다. (up-hill quenching)

5) 심냉처리 후에는 반드시 템퍼링(뜨임)을 해야합니다.

*퀜칭 후 즉시 심냉처리를 하는 것이 일반적이나 제품이 두껍거나 복잡한 형상이 있어 균열 가능성이 있는 경우 심냉처리 전 100°C 물에서 1시간 정도 템퍼링(뜨임)을 하는 것이 좋습니다.

3. 심냉처리가 요구되는 분야

일반적인 경우 템퍼링 전에 심냉처리를 하지 않습니다.

SKD11, SKD61, 고속도강과 같이 다중 템퍼링(500~600°C)을 하는 강종들을 심냉처리하게되면 1차 템퍼링만으로 성질을 개선할 수 있습니다.

게이지, 아버, 맨드릴, 실린더, 피스톤, 베어링, 공구와 같은 치수 안정성, 내마모성이 필요한 경우 심냉처리가 요구됩니다.

SKD61의 히트체크 방지에도 심냉처리가 필요합니다.

*히트체크란? 다이캐스팅 시 금형의 가열 냉각을 반복할 때, 금형의 표면에 생기는 십자 또는 직선모양의 가는 균열

*제품에 특별히 잔류 오스테나이트 함량이 요구되는 경우 심냉처리를 하지 않는것이 좋습니다.

 

4. 심냉처리의 효과

1) 내마모성 향상

2) 치수 안정성 향상

3) 조직의 미세화

4) 미세 탄화물의 석출

5) 심냉처리와 초심냉처리 간의 경도의 차이는 미비합니다.

 

5. 심냉처리 후 내마모성 차이
합금(AISI) 내마모성(RW)
비 처리 심냉처리
-84°C -190°C
52110 25.2 49.3 135
D2 224 308 878
A2 85.6 174.9 565
M2 1961 2308 3993
O1 237 382 996

*RW(내마모성)=FV/WHV  F=힘(N), V=속도(mm/s), W=마모율(mm3 /s) HV=비커스 경도(MPa) R는 무차원수 입니다.

-84°C에서 심냉처리 시 내마모성이 18~104% 향상되었으나, 초심냉처리 시 104~560% 향상된 것으로 나타났습니다.

*위 표는 ASM 규격 참조 데이터 입니다.