금속 재료마다 열처리 공정이 동일합니까?

一, 프로세스 개념 차별화의 기초
금속 열처리의 주요 아이디어는 온도장을 사용하여 원자의 움직임과 상 변화를 조절하는 것입니다. 그러나 다양한 금속은 원자를 배열하고 상을 바꾸는 매우 다양한 방법을 가지고 있습니다.
철- 기반 합금(강): 철-탄소 상태 다이어그램에 따르면 오스테나이트화 및 마르텐사이트 변태와 같은 공정은 재료를 더 강하게 만듭니다. 예를 들어, 45# 강철의 조직을 완전히 오스테나이트화하려면 840–860도까지 가열한 다음 빠르게 냉각하여 HRC50–55의 경도를 갖는 마르텐사이트를 만들어야 합니다.
알루미늄 합금: 고용 강화 및 노화 강화 메커니즘에 따라 달라집니다. 예를 들어, 6061 알루미늄 합금을 작업할 때 용체화 처리는 Mg 2 Si 상을 완전히 용해시키기 위해 530~540도에서 4~6시간 동안 유지하는 것을 의미합니다. 그런 다음 물에 담금질하여 과포화 고용체를 만들고 마지막으로 175도에서 숙성하여 나노 수준의 강화상을 만듭니다. 인장강도를 180MPa에서 310MPa까지 높일 수 있습니다.
티타늄 합금의 경우 베타상 영역의 열처리가 미세 구조를 제어합니다. TC4 티타늄 합금을 980~1020도 상역에서 고용처리한 후 공냉함으로써 인장강도 1100MPa의 층상+구조를 얻을 수 있다. 850도에서 등온처리를 하면 등축성 알파상이 형성되어 연신율을 15%까지 높일 수 있다.
2, 일반적인 프로세스를 수행하는 다양한 방법
다양한 유형의 금속은 성능 요구 사항이 다르기 때문에 자체 열처리 공정 방법을 개발했습니다.
1. 철강재를 다루는 다양한 방법
담금질 및 템퍼링: 높은 경도(HRC62-65)와 내마모성을 얻으려면 T10A와 같은 고탄소 공구강을 1000~1050도에서 담금질하고 200도에서 템퍼링해야 합니다. 템퍼링된 마르텐사이트 구조를 얻으려면 42CrMo 담금질 및 템퍼링 강철을 850도에서 담금질하고 550도에서 템퍼링해야 합니다. 이 구조는 강도(σ b 1080MPa 이상)와 인성(ak 39J 이상)을 결합합니다.
독특한 공정: 극저온 처리(-196도 액체 질소 냉각)는 남은 오스테나이트를 마르텐사이트로 전환하여 9Cr18Mo 베어링강을 1-2HRC 더 단단하게 만듭니다. 유도 가열 표면 담금질은 코어를 견고하게 유지하면서 기어 표면에 5mm 두께의 경화층을 만들 수 있습니다.
2. 비철금속 전용 공정-
T6 처리(고용체+인공 노화)는 6000 시리즈 알루미늄 합금을 더 강하게 만드는 일반적인 방법입니다. 강도와 내응력 부식 저항의 균형을 맞추기 위해 7075 알루미늄 합금은 T74 2{6}}단계 시효(120도/24h → 160도/8h)가 필요합니다.
구리합금: 베릴륨청동(QBe2)은 320~340도에서 숙성되면 '상'을 형성하며 경도는 HRC38~42입니다. 황동(H62)은 냉간 가공 경화를 없애기 위해 300~350도에서 응력-완화됩니다.
마그네슘 합금: AZ91D 마그네슘 합금은 415도 용액에서 처리된 후 175도에서 노화되어 - Mg ₁₇ Al ₁₂ 상을 형성합니다. 이는 항복 강도를 30% 더 강하게 만듭니다.
3. 내화 금속에 대한 고유한 요구 사항
텅스텐 합금: 냉간 가공 경화를 없애기 위해 1400~1600도에서 재결정 어닐링이 필요하며, 고온 강도를 유지하려면 결정립 크기를 50μm 이하로 유지해야 합니다.
몰리브덴 합금: 방사선 손상을 수정하고 원자로 구조 재료의 성능을 회복하기 위해 1800~2000도의 고온에서 어닐링됩니다.
3, 공정설계에 공통되는 법칙
공정 매개변수가 매우 다양하더라도 다양한 유형의 금속 재료에 대한 열처리 설계는 다음 기본 규칙을 따릅니다.
단계 다이어그램은 모든 프로세스 설계의 기본 아이디어입니다. 임계 온도(Ac ₁, Ac ∝, Ms 등)는 가열 온도를 선택하는 데 사용됩니다. 예를 들어 304 스테인리스강의 탄화물을 완전히 용해하려면 1050~1100도까지 가열해야 합니다.
냉각 속도 제어: 냉각 속도를 제어하고 조직이 특정 방식으로 변화하도록 하려면 올바른 매체(물, 오일, 폴리머 등)를 선택하십시오. 물 담금질은 고-탄소강을 마르텐사이트로 바꿀 수 있는 반면, 오일 담금질은 저합금강이 파손되는 것을 방지할 수 있습니다.
응력 제거 어닐링(예: 300~400도의 강철 및 150~200도의 알루미늄 합금)은 가공 응력을 제거하고 물건이 구부러지거나 갈라지는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 항공기 알루미늄 합금 부품의 응력을 줄이기 위해 열처리 대신 진동 노화(VSR)가 널리 사용됩니다.
공동 표면 수정: 화학적 열처리(침탄, 질화)와 표면 담금질을 함께 사용하여 다양한 수준의 성능을 얻습니다. 예를 들어, 기어는 20CrMnTi(930도 × 8h)로 침탄 처리되고, 담금질 및 저온 뜨임 처리됩니다. 이는 HRC58-62의 표면 경도를 제공하고 코어를 견고하게 유지합니다.
4, 프로세스 개선의 선도적 방향
재료과학이 발전함에 따라 열처리 기술은 다음과 같은 혁신적인 경향을 보여왔습니다.
레이저/전자빔 국소 열처리는 조직의 작은 영역의 온도를 제어하는 ​​정밀한 방법입니다. 항공기 엔진 블레이드 주변의 가스막 구멍을 더 강하게 만드는 데 사용됩니다.
스마트 프로세스 시스템: 디지털 트윈 열처리 프로세스 시뮬레이션을 기반으로 조직이 어떻게 매개변수를 변경하고 개선할지 예측할 수 있습니다. 예를 들어, GE는 ProCAST 소프트웨어를 사용하여 담금질 중에 터빈 디스크가 0.1mm 이상 변형되는 것을 방지합니다.
친환경적으로 물건을 만드는 기술: 저압침탄(LPC)은 기존의 가스 침탄을 대체하여 CO2 배출을 줄입니다. 담금질 오일 대체 기술(예: PAG 폴리머)은 VOC 배출을 줄입니다.