열처리
열처리 (熱處理, heat treatment)는 금속 재료의 성질을 개선하기 위해 가열 및 냉각 과정을 거치는 일련의 공정이다. 이러한 공정은 재료의 미세 조직, 즉 결정립의 크기, 형상, 분포 등을 변화시켜 강도, 경도, 연성, 인성, 내마모성, 내식성 등 다양한 기계적, 물리적 성질을 조절하는 데 사용된다.
개요
열처리는 일반적으로 다음과 같은 단계를 포함한다.
- 가열 (Heating): 재료를 특정 온도까지 가열한다. 이때 온도는 재료의 종류와 원하는 성질에 따라 결정된다.
- 유지 (Soaking): 가열된 온도를 일정 시간 동안 유지한다. 이 과정에서 재료 내부의 온도가 균일해지고, 원하는 미세 조직 변화가 일어난다.
- 냉각 (Cooling): 재료를 특정 속도로 냉각시킨다. 냉각 속도는 재료의 성질에 큰 영향을 미치며, 공랭, 수랭, 유랭 등 다양한 방법이 사용된다.
주요 열처리 방법
- 담금질 (Quenching): 재료를 급격히 냉각시켜 경도를 높이는 방법이다. 주로 강철에 적용되며, 수랭이나 유랭을 사용한다. 담금질된 재료는 취성이 커질 수 있으므로, 뜨임 (Tempering) 과정을 거쳐 취성을 감소시킨다.
- 뜨임 (Tempering): 담금질된 재료를 다시 가열하여 경도를 낮추고 인성을 높이는 방법이다. 뜨임 온도가 높을수록 경도는 낮아지고 인성은 높아진다.
- 불림 (Normalizing): 재료를 특정 온도까지 가열한 후 공기 중에서 냉각시키는 방법이다. 결정립을 미세화하여 강도와 인성을 향상시킨다.
- 풀림 (Annealing): 재료를 서서히 가열하고 냉각시켜 내부 응력을 제거하고 연성을 높이는 방법이다. 가공성을 향상시키기 위해 사용된다.
- 표면 경화 (Surface Hardening): 재료의 표면만 경화시키는 방법이다. 침탄 (Carburizing), 질화 (Nitriding), 화염 경화 (Flame Hardening), 고주파 경화 (Induction Hardening) 등이 있다.
활용 분야
열처리는 자동차, 항공우주, 건설, 기계, 전자 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다. 예를 들어, 자동차 부품의 강도를 높이거나, 항공기 엔진 부품의 내열성을 향상시키는 데 사용된다. 또한, 금속 가공 과정에서 발생하는 내부 응력을 제거하여 가공성을 향상시키는 데도 활용된다.