탄소강 표면경화법

표면경화란

탄소강 표면경화법은 강 표면만 단단하게 하고 중심부의 인성은 유지하는 열처리법이다.

기어 이빨 표면은 맞물리며 마모되므로 단단해야 하고, 뿌리는 충격을 받으므로 질겨야 한다.

표면경화법은 이 두 요구를 한 부품에서 함께 맞추는 방법이다.

두 가지 분류

표면경화법은 강 표면의 화학 성분을 바꾸는지 여부로 크게 두 갈래로 나뉜다.

화학적 방법은 침탄, 질화, 침탄질화, 청화처럼 탄소나 질소를 표면에 확산시킨다.

물리적 방법은 화염 경화와 고주파 경화처럼 성분은 그대로 두고 가열과 담금질만 한다.

시험에서는 이 분류 기준을 먼저 쓰는 것이 기본이다.

탄소량에 따른 선택

공정을 고를 때 가장 먼저 보는 것은 대상 강의 탄소량이다.

침탄은 저탄소강 0.1~0.3%가 대상이고, 담금질 후 표층이 마텐자이트가 된다.

화염·고주파 경화는 0.3~0.6% 중탄소강에 쓰며, 화학 성분은 바뀌지 않는다.

질화는 담금질이 필요 없어서 변형이 가장 작다.

정답은 침탄법이다. 0.1~0.3% 탄소강이 침탄 대상이기 때문이다.

침탄 공정 절차

침탄 공정은 먼저 부품을 세정하고 침탄 부위와 비침탄 부위를 구분한다.

비침탄부는 구리 도금 등으로 보호한 뒤, 고온에서 탄소를 확산시킨다.

표면 탄소량이 목표값에 도달하면 담금질해 표층을 마텐자이트로 만든다.

마지막으로 저온 뜨임으로 응력을 줄이고 경도와 경화층 깊이를 검사한다.

고주파 경화

고주파 경화는 탄소 0.4% 전후의 강 표면을 짧은 시간에 가열하는 방법이다.

유도 코일에 고주파 전류를 흘려 표면만 오스테나이트화 온도까지 올린다.

즉시 물이나 기름으로 급랭하면 표층만 마텐자이트가 되고 내부는 원래 조직이다.

경화 깊이는 코일 주파수와 가열 시간으로 조절하며, 주파수가 높을수록 얕아진다.

정답은 주파수와 가열 시간이다. 화학 성분은 바뀌지 않는다.

침탄과 질화 비교

침탄과 질화는 둘 다 화학적 표면경화법이지만 처리 조건과 결과가 다르다.

질화는 담금질이 필요 없어 변형이 가장 작고, 경화층은 얕고 경도가 높다.

침탄은 경화층 깊이를 확보하기 쉬워 중·대형 기어에 적합하다.

시험에서는 화학·물리 분류를 먼저 쓰고 대상 탄소량을 짧게 연결한다.