금속재료의 강화방법

소개

금속재료의 강화 방법

목차

1. 합금원소 첨가- 고용강화
(1) 탄소(C)
(2) 망간(Mn)
(3) 황(S)
(4) 텅스텐(W)
(5) 규소(Si)
(6) 질소(N)
(7) 구리(Cu)
(8) 알루미늄(Al)
(9) 코발트(Co)

2. 조직구조 변경 - 금속의 열처리
(1) 담 금 질 ( quenching )
(2) 풀림 ( annealing )
(3) 뜨임 ( tempering )
(4) 불림(normalizing)

3. strain hardening 이용 - 가공경화
(1) 열간가공
(2) 냉간가공
(3) 기계가공

4. 탄화물 or 질화물 형성 - 석출경화

5. 결정 미세화- 결정입계에 의한 강화

본문내용

1. 합금원소 첨가- 고용강화

고용강화는 크기가 다른 용질원자를 고의로 첨가하여 그 주변에 격자 변형을 주어 전위가 움직이기 어렵게 하는 방법이다. 금속에 합금원소를 첨가하면 대개의 경우 용매원자와 용질원자가 서로 바뀌면서 고용체를 만든다. 이때 용질원자의 원자 반경이 크면 결정격자에 변형이 생기고 원자 면을 따라 슬립이 일어나기 어렵게 되어 합금의 강도가 증가한다. 아래는 대표적으로 사용되는 첨가원소들이다.

(1) 탄소(C)
탄소는 강의 강도를 향상시키는 데에 가장 효과적이고 중요한 원소로서, 오스테나이트에 고용하여 quenching 열처리시 마르텐자이트 조직을 형성시키게 한다. 탄소량의 증가와 함께 quenching경도를 향상시키지만 quenching시 변형유발가능성을 크게 한다. Fe, Cr, Mo, V 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성하므로 써 강도 및 경도를 향상시킨다.

(2) 망간(Mn)
탄소강에는 보통 0.35∼1.0% 정도의 Mn이 함유되어 있다. 이 Mn의 일부는 강 속에 고용되며, 나머지는 강 속에 함유되어 있는 S와 결합하여 비금속 개재물(nonmetallic inclusion)인 MnS를 결정립 내에 형성하는데, 이 MnS는 연성이 있어서 소성가공 시에 가공방향으로 길게 연신된다. 그러나 이 MnS의 형성으로써 강 속의 S의 양이 감소되므로 결정립계에 형성되는 취약하고 저융점 화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다.
한편 Mn에 의해서 펄라이트가 미세해지고, 페라이트를 고용강화 시킴으로써 탄소강의 항복강도를 향상시킨다. 또 quenching시 경화 깊이를 증가시키지만, 많은 양이 함유되어 있을 때에는 quenching균열이나 변형을 유발시킨다. 그리고 Mn은 강에 점성을 부여하므로 1.0∼1.5%Mn이 첨가된 강을 강인강(强靭鋼)이라고 부르며, 특히 1.3%C, 13%Mn이 함유된 오스테나이트강을 Hadfield鋼이라고 부르며 옛날로부터 유명한 강이다. 단 Mn은 강의 내산성(耐酸性) 및 내산화성(耐酸化性)을 저해하는 원소이다.

참고자료

· 없음