퀜칭(Quenching)의 의미와 방법 및 심냉처리

1. 퀜칭(Quenching)의 의미

퀜칭(담금질, 소입)은 금속재료의 열처리 과정 중 하나로, 금속이나 함금을 특정 온도까지 가열한 후 갑자기 냉각하는 과정을 말합니다.

이 과정을 통해 금속의 경도를 증가시키고, 내구성을 개선하며, 기계적 성질을 조절할 수 있습니다.

퀜칭은 마르텐사이트라는 매우 경질의 구조를 생성함으로써 재료의 강도와 경도를 크게 증가시킵니다. 그러나 재료가 너무 경화되면 취성이 커져서 깨지기 쉽게 되므로,

보통은 추가적인 열처리 과정인 어닐링(부드럽게 만드는 과정)이나 템퍼링(경도와 인성 사이의 균형을 찾는 과정)과 결합하여 사용됩니다.

스테인리스 및 고합금강은 결정립계 탄화물을 최소화 하거나, 페라이트 분포를 개선하기 위해 담금질 합니다.

 

2. 퀜칭의 방법

1)물 퀜칭 : 가장 일반적인 방법으로서, 가열된 금속을 물에 담궈서 신속하게 냉각시키는 방법입니다. 하지만 이 방법은 급격한 온도 변화 때문에 금속에 내부 응력을 유발할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

2)오일 퀜칭: 오일 퀜칭은 가열된 부분을 오일에 담그는 것입니다. 오일은 물보다 열전달 속도가 느려서 좀더 완만한 냉각률을 제공합니다. 따라서 내부 응력이 발생하는 것을 억제할 수 있습니다.

3)가스 퀜칭: 이 방식에서는 액체 대신 공기 혹은 다른 가스(예: 질소, 아르곤, 헬륨)를 사용하여 재료를 식힙니다. 가장 부드러운 퀜칭 방식 중 하나로 간주되며, 내부 응력이나 왜곡을 최소화하는 데 효과적입니다.

4)진공 퀜칭: 진공 상태에서 퀜칭을 실시하면, 물질의 오염을 방지하고, 부식을 최소화하며, 고온에서의 산화를 방지할 수 있습니다. 이는 매우 정밀한 응용 분야에 유용합니다.

5)극저온 퀜칭: 이는 매우 낮은 온도(-190°C 이하)에서 실시되며, 마르텐사이트 변환을 완전히 확보하는데 사용됩니다.

 

3.심냉처리(Sub-zero 처리)

퀜칭(담금질) 후 템퍼링 하기 전 0°C 이하 온도에서 냉각시켜 잔류 오스테나이트를 제거하는 처리입니다.

탄소량이 비교적 많은 과공석강을 퀜칭할 때 완전한 오스테나이트 제거가 어려워 드라이아이스나 탄산가스 등 냉각재를 사용해 심랭처리를 합니다.

퀜칭(담금질) 후 잔류 오스테나이트가 안정화 되기 전 30분 이내에 실시하는것이 좋습니다.

1)심랭처리 시 균열이 발생하는 경우

-심랭처리 중 온도가 불균일 한 경우

-산화와 탈탄이 발생하는 경우

-강의 내부응력 분포가 불균일 한 경우

-강 표면의 다듬질 정도가 거친 경우

-담금질 온도가 너무 높았을 경우

 

2)심랭처리 시 균열을 방지하려면

-2단이나 3단으로 단계적으로 냉각하기

-산화와 탈탄층을 제거하기

-담금질 시 균일하게 처리하기

-저온 뜨임 후 심랭처리하기

-심냉처리 전 경도 측정 시 압흔을 통해 균열이 시작될 수 있기에 심냉처리 전 경도측정 금지하기.