고주파 열처리의 원리와 강재별 온도와 경도

1. 고주파 열처리의 원리

고주파 열처리는 인덕션 히터라는 기기를 사용하여 직접적으로 금속을 가열하는 방식으로 작동합니다. 인덕션 히터 내부에는 코일이 있으며, 이 코일에 전류가 통과할 때 매우 강력한 자기장이 생성됩니다.

금속 부품이 이 자기장 안으로 들어오면 금속 내부에서 “유도 전류”가 발생합니다. 유도 전류는 급격하게 움직이며 마찰을 일으켜 부품을 가열합니다. 따라서 고주파 열처리는 사실상 내부적인 마찰로 인해 발생하는 열로 금속 부품을 가열하는 것입니다.

2. 고주파 열처리의 장단점

1) 장점

– 선택적인 가열: 인덕션 히터를 사용하면 필요한 영역만 정확하게 가열할 수 있습니다.

– 빠른 속도: 유도 전류로 인해 발생하는 내부 마찰로 인해 급격한 가열이 가능합니다.

– 제어 용이성: 시스템 컨트롤러를 사용하여 가열 프로세스를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

– 환경 친화적: 연소나 화학 반응 없이 깨끗하게 에너지를 변환시켜줍니다.

– 경제성: 빠른 열처리 속도로 인해 열처리로를 사용하는것보다 훨씬 저렴합니다.

2) 단점

– 중탄소강 이상 실효: 저탄소강은 고주파 열처리를 통해 경도를 쉽게 올릴 수 없습니다.

– 비철금속 및 오스테나이트계 스테인레스강은 고주파 열처리가 불가합니다.

– 형상 제한: 인덕션 코일이 열처리 하고자하는 제품의 크기와 형태에 맞춰져야 하기에 아주 복잡하거나 클 경우 열처리가 제한됩니다.

– 경화 깊이 제한: 주로 표면층을 경화하기 위해 고주파 열처리가 사용됩니다. *보다 깊은 경화층이 필요하면 저주파 열처리가 필요합니다. 

3. 탄소 함량에 따른 고주파 열처리 온도

탄소 함량(%) 로 열처리 고주파 열처리
0.30 845~870°C 900~925°C
0.35 830~855°C 900°C
0.40 830~855°C 870~900°C
0.45 800~845°C 870~900°C
0.50 800~845°C 870°C
0.60 800~845°C 845~870°C
>0.60 790~820°C 815~845°C

특정 용도에 권장되는 열처리 온도는 가열 속도와 강의 미세구조에 따라 달라집니다.

탄화물이 형성되는 원소(나이오븀, 티타늄, 바나듐, 크롬 ,몰리브덴, 텅스텐)를 포함한 합금강의 경우 표시된 온도보다 55~100°C 더 높은 온도에서 열처리 해야합니다.

4. 강재별 고주파 열처리 후 경도

고주파 열처리 후 경도는 강재의 화학적 구성, 가열 및 냉각 과정, 그리고 열처리 조건 등에 의존합니다. 따라서 경도는 이러한 변수들에 따라 달라질 수 있습니다.

1) S45C, S50C: 일반적으로 50~57 HRC (내마모성이 특히 요구될 경우 HRC ~60)

2) SCM435, SCM440: 일반적으로 HRC 57~60

3) STC3, STC5: 일반적으로 HRC 55~60 (HRC 65까지 가능)

5. 공정별 고주파 열처리 온도
공정 필요한 온도(°C)
탄소강 스테인레스 니켈 티타늄 구리 황동 알루미늄
자성 비자성
열간단조 1230 1095 1150 1095 955 900 815 540
경화 925 980 760 900 815 650 480
어닐링, 노멀라이징 870 815 1040 925 815 540 540 370
온간단조 760 650 650
응력제거 595 595 595 595 595 280 290 370
템퍼링 315 315 315 315 315