강의 표면 경화 열처리 방법, 중등임용 기계금속 문제풀이-2

[중등임용 기계금속] 강의 표면 경화 열처리 방법

안녕하세요. 공자모입니다. 오늘은 중등임용 1999년도에 출제된 기계금속 기출문제 중 강(steel)의 표면 경화(surface hardening) 열처리 방법 문제에 대해 공부하는 시간을 갖도록 하겠습니다. 강의 표면 경화 열처리 방법을 5가지 묻는 문제가 출제되었고, 소재의 표면에 융접 또는 압점으로 융착 시키는 표면 경화법은 제외하고 기술하라는 지시가 있었습니다. 중등임용 기계금속 기출문제 풀이 시작해봅시다.

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오늘의 기출문제 (1999년도 중등임용 기계금속) 

기출문제 연도	1999년
과목	중등임용 기계금속

강(steel)의 표면 경화(surface hardening) 열처리 방법을 5가지 쓰고, 각각에 대하여 간략하게 설명하시오. (단, 소재의 표면에 융접 또는 압접으로 융착시키는 표면 경화법은 제외하고 기술하시오)

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문제풀이 및 공부해야 할 자료

강의 표면 경화법은 다음과 같다.

1. 침탄법
2. 질화법
3. 화염 경화법
4. 침탄 질화법
5. 고주파 담금질

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침탄법

• 0.2% 이하의 저탄소강-저탄소 합금강을 침탄제 속에 파묻고 가열하여 표면에 C(탄소)를 침입 고용한다.
• 표면은 경화되고 내부는 연강으로 이중 조직이 된다. 이는 내마모성과 내피로성을 갖게 된다. 
• 종류에는 고체 침탄법, 액체 침탄법, 가스 침탄법이 있다.
• 침탄처리 - 저온처리 - 1차 담금질 - 2차 담금질 - 뜨임 

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질화법

• 500도의 질화 온도에서 탈수한 암모니아 가스(NH3)를 보내면, 암모니아 가스는 분해하여 질소가 확산하고 표면에 질화 경화층을 생성한다.
• NH3 > N + 3H로 분해되어, 질소(N)가 가열된 철과 접촉하여 질화물을 생성한다.
• 표면경도가 높아지고 내마멸성이 높아지며 열변형에 강해지는 장점이 있다.
• 처리 시간이 길고 가스 소모량이 많이 든다는 단점이 있다.

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화염 경화법

• 산소-아세틸렌(C2H2) 가스 불꽃으로 강재의 표면을 A3 변태점(담금질 온도) 이상까지 급속히 가열한 뒤 내부로 열전달 전에 냉각수를 분사하여 급랭시킨다.(담금질 경화) 
• 원하는 표면만 경화시킬 수 있는 장점이 있다.
• 표면 경화 깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 된 깊이로 결정된다.
• 표면 경화 깊이는 불꽃의 온도, 가열 시간, 불꽃의 이동 속도로 조절 가능하다.

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침탄 질화법

• 탄소(C)와 N(질소)를 동시에 강의 표면에 침투 및 확산시켜 강의 표면을 경화시키는 방법이다.
• 방법은 크게 가스 침탄 질화법과 염욕 침탄 질화법이 있다.
• 가스 침탄 질화법은 침탄성 가스에 암모니아를 혼입한 것이다.
• 염욕 침탄 질화법은 알칼리 금속의 시안염의 혼합물을 사용한 것이다.

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고주파 담금질

• 고주파 유도 전류를 이용하는 방법이다.
• 금속 둘레에 금속 코일을 감은 뒤 고주파 전류를 흘려보낸다. 그리하면 금속 속에 전류가 유도되어 금속 자체가 저항 가열되며 고온이 되었을 때 전류를 끓고 물이나 기름에 넣고 냉각시켜 경화시키는 방법이다. 
• 가장 편리한 방법 중 하나이다.
• 가열시간이 짧고 과열 현상이 적다
• 산화나 탈산 현상이 없다
• 복잡한 형상도 표면 경화하기 쉽다.
• 급가열 및 급랭으로 비틀림이나 균일이 발생활 수 있어 미리 불림 처리를 하면 좋다.

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