담금질

Quenching
기타 용도는 Quench(동음이의)를 참조하십시오.
1942년 11월 미시간주 디트로이트, 오대호 철강공사의 한나로, 담금질 자동차에 코크스를 밀어 넣었다.

재료 과학에서 담금질이란 물, 기름 또는 공기 중에서 공작물을 빠르게 냉각시켜 특정 재료 특성을 얻는 것을 말합니다.열처리의 일종인 담금질은 상변환과 같은 바람직하지 않은 저온 프로세스가 발생하는 것을 방지합니다.이는 이러한 바람직하지 않은 반응이 열역학적으로 유리하고 동태적으로 접근할 수 있는 기간을 줄임으로써 이를 실현합니다. 예를 들어, 담금질은 금속 및 플라스틱 재료의 결정 입자 크기를 감소시켜 경도를 높일 수 있습니다.

야금학에서 담금질은 마텐사이트 변환을 유도하여 강철을 경화시키는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 여기서 강철은 오스테나이트가 불안정해지는 온도인 공석점을 통해 빠르게 냉각되어야 합니다.니켈이나 망간 등의 금속과 합금된 강철은 공정체 온도가 훨씬 낮아지지만 상변환에 대한 운동장벽은 그대로 유지됩니다.이를 통해 낮은 온도에서 담금질을 시작할 수 있어 프로세스가 훨씬 쉬워집니다.고속강에는 텅스텐도 추가되어 있어 운동 장벽을 높이는 역할을 하며, 그 중에서도 공작물이 실제보다 빠르게 냉각된 것처럼 재료 특성(경도 및 내마모성)을 제공합니다.이러한 합금을 공기 중에서 천천히 냉각하는 경우에도 대부분의 바람직한 담금질 효과가 있습니다. 고속 [1]절삭으로 인한 열 순환으로 인해 고속 강철의 약효가 훨씬 줄어듭니다.

극도로 빠른 냉각은 모든 결정 구조의 형성을 방해하여 비정질 금속 또는 "금속 유리"를 발생시킬 수 있습니다.

담금질 경화

담금질 경화는 강철과 주철 합금이 강화되고 경화되는 기계적 공정입니다.이 금속들은 철금속과 합금으로 구성되어 있다.이것은 재료에 따라 재료를 일정한 온도로 가열함으로써 이루어집니다.이렇게 하면 재료의 냉각 속도에 따라 표면 경화 또는 스루 경화 중 하나를 통해 더 단단한 재료가 생성됩니다.그런 다음 담금질 경화 공정에서 증가할 수 있는 취약성을 줄이기 위해 재료를 종종 강화합니다.급랭할 수 있는 품목에는 기어, 샤프트 및 마모 블록이 포함됩니다.

목적

경화 전에 주강과 철은 균일한 층상 펄라이트 입자 구조로 되어 있습니다.이것은 강철 또는 주철을 제조하고 느린 속도로 냉각할 때 형성되는 페라이트 및 시멘타이트의 혼합물입니다.펄라이트는 매우 부드러우므로 강철 합금의 많은 일반적인 용도에 이상적인 재료가 아닙니다.펄라이트를 727°C의 공정 전이 온도로 가열하여 빠르게 냉각함으로써 재료의 결정 구조 중 일부는 마르텐사이트로 알려진 훨씬 더 단단한 구조로 변할 수 있습니다.이러한 마텐사이트 구조의 강철은 공작물이 칼날의 절삭날과 같은 변형에 대해 높은 내성을 가져야 하는 경우에 종종 사용됩니다.이것은 매우 효율적입니다.

과정

담금질 공정은 시료를 가열하는 단계부터 시작됩니다.대부분의 재료는 815~900°C(1,500~1,650°F)로 가열되며, 전체 공작물의 온도를 균일하게 유지하는 데 세심한 주의를 기울입니다.고르지 않은 가열과 과열을 최소화하는 것이 원하는 재료 특성을 제공하기 위한 핵심입니다.

담금질 공정의 두 번째 단계는 물에 담그는 것이다.공작물은 공기(공기로), 액체 욕조 또는 진공에 담글 수 있습니다.소금 또는 납 욕조에서 권장되는 시간은 최대 6분입니다.진공 상태에서는 담그는 시간이 조금 더 길어질 수 있습니다.가열 공정과 마찬가지로, 담그는 동안 샘플 전체의 온도를 가능한 한 균일하게 유지하는 것이 중요합니다.

공작물이 흠뻑 젖으면 냉각 단계로 이동합니다.이 단계에서 부품이 일종의 담금질 유체에 잠깁니다. 다양한 담금질 유체가 담금질 부품의 최종 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.물은 최대 경도가 요구되는 가장 효율적인 담금질 매체 중 하나이지만, 왜곡과 미세한 균열을 일으킬 가능성은 거의 없습니다.경도를 희생할 수 있는 경우에는 미네랄 오일을 사용하는 경우가 많습니다.이러한 유성 유체는 담금질 중에 산화되어 슬러지를 형성하기 때문에 공정의 효율이 떨어집니다.기름의 냉각 속도는 물보다 훨씬 낮다.물과 기름의 중간속도는 용도의 배합된 담금질인 역용해성 물질로 얻을 수 있으며, 따라서 냉각속도를 늦추기 위해 물체 위에 퇴적된다.

담금질은 질소 및 귀가스 같은 비활성 가스를 사용하여 수행할 수도 있습니다.질소는 일반적으로 절대 20bar의 대기압보다 높은 압력에서 사용됩니다.헬륨은 질소보다 열 용량이 크기 때문에 사용된다.대안으로 아르곤을 사용할 수 있지만, 아르곤의 밀도는 이동에 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하며, 아르곤의 열 용량은 대안보다 작습니다.공작물의 변형을 최소화하기 위해 긴 원통형 공작물은 수직으로 급랭하고, 평평한 공작물은 가장자리에서 급랭하며, 두꺼운 부분이 먼저 수조에 들어가야 합니다.수증기 거품을 방지하기 위해 욕조를 교반한다.

종종 담금질 후 철 또는 강철 합금은 마르텐사이트의 과잉으로 인해 지나치게 단단하고 부서지기 쉽습니다.이 경우 담금질 재료에 템퍼링이라고 하는 또 다른 열처리 기술을 실행하여 철기 합금의 인성을 높인다.보통 경화 후에 약간의 과도한 경도를 줄이기 위해 템퍼링을 수행하며, 일정 시간 동안 임계점 이하의 온도로 금속을 가열한 후 정지된 공기로 냉각하는 방식으로 수행됩니다.

역사

철기 시대 중반까지 거슬러 올라가는 대장장이의 담금질 공정의 사용 증거는 있지만, 이러한 기술의 개발 및 초기 [2]대장장이에 의해 사용된 절차와 관련된 자세한 정보는 거의 없다.초기 제철공들은 냉각 과정이 철의 강도와 취약성에 영향을 미칠 수 있다는 것을 재빨리 알아차렸을 것이고, 구세계에서는 기원전 [3]2천년 후반부터 강철의 열처리가 알려졌다고 주장할 수 있지만, 고고학적으로 의도적으로 담금질한 용도를 확인하기는 어렵다.게다가, 적어도 유럽에서는 '담금질과 담금질은 15세기까지는 보편화되지 않은 것으로 보인다.따라서 담금질이 너무 빨라서 마르텐사이트 형태만 나타나는 강철의 '풀 담금질'과 담금질이 느리거나 중단되는 '삭 담금질'을 구분하는 것이 도움이 된다.h는 또한 펄라이트가 형성되어 덜 부서지기 쉬운 제품이 [4]되도록 한다.

담금질 강철의 가장 초기 예는 고대 메소포타미아에서 나왔을 수 있으며,[5] 터키 알미나에서 비교적 안전한 기원전 4세기 담금질된 끌의 예가 있다.제9권, 호머의 오디세이 389-94행은 [2][6]담금질에 대한 최초의 언급으로 널리 인용되고 있다.

마치 대장장이로 일하는 사람이 소리를 지르는 큰 도끼칼을 던지거나 차가운 물에 담가 화를 내는 것처럼, 강철은 이렇게 튼튼하게 만들어지기 때문에 시클롭스의 눈은 올리브 빛에 닿아 지글지글지글합니다.

그러나 이 구절이 단순히 [7]냉각이 아닌 의도적인 담금질 경화를 설명하는 것은 의심의 여지가 없다.마찬가지로, 마하바라타가 철제 화살촉의 기름 담금질을 가리킬 것이라는 전망도 있지만,[8] 그 증거는 문제가 있다.

대 플리니우스는 다양한 [9]강의 물을 구별하면서 담금질이라는 주제를 다루었다.Theophilus Crother에 의한 12세기 De diversis의 장인 18-21장은 담금질을 언급하며, 다른 것들 중에서 '도구는 보통 [2]물보다 작고 빨간 머리를 가진 소년의 소변에 더 강한 담금질을 가해야 한다'고 권고한다.담금질에 대한 보다 완전한 초기 논의 중 하나는 1532년에 출판된 야금학에 관한 최초의 서양 인쇄 책인 Von Stahel und Eyssen입니다. 이것은 중세 후기 기술 논문의 특징입니다.

담금질에 대한 현대 과학 연구는 17세기부터 본격적으로 추진되기 시작했고, 주요 단계는 1558년 마지아 [10]내추럴리스에서 관찰 주도의 토론이었습니다.

담금질 시 열제거 메커니즘

열은 다음 세 가지 특정 단계에서 제거됩니다.

스테이지 A: 금속 위에 증기 기포가 형성되어 냉각되기 시작합니다.

이 단계에서 라이덴프로스트 효과로 인해 물체는 수증기로 완전히 둘러싸여 나머지 액체와 절연됩니다.

스테이지 B: 증기 수송 냉각

온도가 충분히 떨어지면, 증기층이 불안정해지고 액체가 물체에 완전히 접촉할 수 있게 되어 열이 훨씬 더 빨리 제거될 것입니다.

스테이지 C: 액체 냉각

이 단계는 물체의 온도가 액체의 끓는점보다 낮을 때 발생합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Legerská, M.; Chovanec, J.; Chaus, Alexander S. (2006). "Development of High-Speed Steels for Cast Metal-Cutting Tools". Solid State Phenomena. Retrieved 2019-04-05.
  2. ^ a b c Mackenzie, D. S. (June 2008). "History of quenching". International Heat Treatment and Surface Engineering. 2 (2): 68–73. doi:10.1179/174951508x358437. ISSN 1749-5148.
  3. ^ Craddock, Paul T. (2012). "Metallurgy in the Old World". In Silberman, Neil Asher (ed.). The Oxford companion to archaeology. Vol. 1 of 3 (2nd ed.). New York: Oxford University Press (published 2012-10-12). pp. 377–380. ISBN 9780199739219. OCLC 819762187.
  4. ^ Williams, Alan (2012-05-03). The sword and the crucible : a history of the metallurgy of European swords up to the 16th century. History of Warfare. Vol. 77. Leiden: Brill. p. 22. ISBN 9789004229334. OCLC 794328540.
  5. ^ Moorey, P. R. S. (Peter Roger Stuart) (1999). Ancient mesopotamian materials and industries : the archaeological evidence. Winona Lake, Ind.: Eisenbrauns. pp. 283–85. ISBN 978-1575060422. OCLC 42907384.
  6. ^ Forbes, R. J. (Robert James) (1972-01-01). Studies in ancient technology. Metallurgy in Antiquity, part 2. Copper and Bronze, Tin, Arsenic, Antimony and Iron. Vol. 9 (2d rev. ed.). Leiden: E.J. Brill. p. 211. ISBN 978-9004034877. OCLC 1022929.
  7. ^ P. R. S. 무어, 고대 메소포타미아 재료 및 산업: 고고학적 증거(인디아나 주 위노나 호수:Eisenbrauns, 1999), 페이지 284.
  8. ^ R. K. Dube, '철 화살촉과 그 기름 담금질: 초기 인디언 증거', JOM: The Journal of Minerals, Metals & Materials Society, 60.5 (2008년 5월), 25-31.
  9. ^ John D. Verhoven, 비금속주의자를 위한 철강 금속학(Materials Park, 오하이오: ASM International, 2007), 페이지 117.
  10. ^ J. 반파이멜강철의 경화 역사: 과학과 기술저널 de Feechys Colloques, 1982, 43 (C4), 페이지 C4-847-C4-854.DOI:10.1051/jphyscol:19824139;https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00222126

외부 링크

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