개념 한 쪽
표면경화는 부품의 표면 경도를 높여 마모에 강하게 만드는 기술이다. 열을 이용해 표면만 단단하게 하거나 원소를 침투시켜 경화층을 만드는 방식들이 대표적이다. 표면경화법과 전체 열처리법을 혼동하지 않는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「표면경화」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 공냉으로 조직 균일화 판별 | 1 | A3 이상 가열 후 대기 중 공냉하는 열처리 명칭을 고르기 |
| 급냉으로 경도 증가 판별 | 1 | 고온 가열 뒤 물·기름 급냉 조건에서 해당 열처리법을 묻기 |
| 표면경화 아님 보기 고르기 | 1 | 경도 증가 목적이 아닌 표면처리(부식방지)를 골라내기 |
표면경화는 강재의 표면부만 경도를 높여 마모 저항을 확보하고 내부는 인성을 유지하게 하는 공정이다. 표면에만 영향을 주므로 충격을 견뎌야 하는 내부 인성은 보존된다. 대표적인 예로 고주파경화, 화염경화 같은 열에 의한 방법과 침탄법, 질화법 같은 원소 침투 방식이 있다.
침탄법은 표면에 탄소를 침투시켜 경화층을 만드는 방법이며 질화법은 표면에 질소를 침투시켜 얇지만 매우 높은 경도를 갖는 표면층을 만든다. 질화법은 담금질 같은 급냉 공정을 필요로 하지 않아 변형이 적고 온도가 비교적 낮은 범위에서 처리할 수 있어 실용적이다. 질화층은 얇지만 내마모성에 유리하며, 산화 저항성은 경우에 따라 다를 수 있다.
열처리의 전체 공정과 표면경화는 목적과 냉각 조건으로 구분한다. 예를 들어 담금질은 고온으로 가열한 뒤 물이나 기름으로 급냉하여 전체적으로 경도를 높이는 공정이고, 불림(Normalizing)은 A3 변태점 이상으로 가열한 후 공기 중에서 냉각하여 조직을 균일화하는 공정이다. 템퍼링은 담금질로 경화된 재료의 인성을 회복하기 위한 전체 열처리이며 표면경화법의 범주에 들지 않는다.
실전에서는 '표면만의 경도 증가'가 문제의 핵심 키워드가 될 때 표면경화법을, '공기 중 공냉'이나 '급냉' 같은 냉각 조건이 제시될 때 각각 불림이나 담금질을 떠올려 소거법으로 정답을 찾는다.
문제 예시 풀이를 통해 출제 의도를 확인한다. - 보기로 고주파경화, 침탄법, 청화법, 질화법이 주어졌을 때는 청화법이 표면의 산화피막을 형성하여 부식 방지가 주목적이므로 표면경화법이 아닌 선택지로 판정한다. - "730~800℃로 가열 후 물이나 기름 속에서 급냉"이라는 조건이 있으면 담금질을 정답으로 식별한다. 급냉으로 경도가 높아진다는 연결만으로 판단한다. - "A3 변태점 이상 가열 후 대기 중 공냉"이라는 표현이 나오면 불림으로 소거하여 답을 결정한다.
열간 및냉간 가공 후의 불균질한 조직과 결정 입자를 조정하기 위하여 A3 변태점 이상 가열 후대기 중에서 공냉하여 균일하게 하는 열처리 방법은?
정답 ② · 열간 및 냉간 가공을 거친 강재는 내부에 불균질한 조직과 변형으로 인해 응력이 잔류하게 됩니다. 이러한 조직을 균일하게 하고 결정 입자를 조정하기 위하여 A3 변태점 이상의 적절한 온도로 가열한 후, 대기 중에서 방치하여 공냉(air cooling)하는 열처리 방법을 불림(normalizing, 보통 풀림이라고도 하나 시험에서는 구분함)이라고 합니다.
A3 변태점 이상 가열 후 대기 중 공냉하여 조직을 균일하게 하는 열처리는 불림(Normalizing)이다.
강의 경도를 높이기 위한 방법으로 730~800℃로 가열한 후 물이나 기름 속에서 급냉 시키는 열처리 방법은?
정답 ① · 문제는 강의 경도를 높이기 위한 고온가열 후 급냉하는 열처리 방법을 묻고 있다. 고온으로 가열한 뒤 물이나 기름으로 급속 냉각하면 조직이 경화되어 경도가 증가하므로 이 공정은 담금질(퀜칭)이다.
고온 가열 후 급냉하여 경도를 높이는 열처리 방법은 담금질(Quenching)이다.
열처리 방법에서 일반적인 표면경화법이 아닌것은?
정답 ① · 강의 표면을 경화시키는 방법에는 표면에 열을 가하여 오스테나이트화 후 급냉하는 '고주파 경화' 및 '화염 경화'가 있으며, 표면의 화학 조성을 변경하는 '침탄법', '질화법' 등이 있습니다. 보기 중 청화법(Blueing)은 강재 표면에 얇은 산화피막(사철)을 형성시켜 부식을 방지하고 외관을 좋게 하는 처리법으로, 표면경화법과는 목적과 원리가 전혀 다릅니다.
표면경화법은 경도 향상이 목적이나 청화법은 부식 방지용 산화피막 형성 공정이므로 경화법이 아니다.
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