◆ 강종에 따른 퀜칭 및 템퍼링방법

(1) 기계구조용 탄소강
     탄소강은 질량효과가 크기 때문에 SM 50C에서도 경화되는 유효최대직경은 40mm 정도이므로 대형기계부품용으로는 적당치 않다.
     오스테나이트화 온도는 풀림온도보다 약간 높게 하고, 냉각은 수냉으로 한다. 탄소강에서는 증기막 단계의 下限온도가 펄라이트변태 온도범위와 중첩되므로 靜水에서는 불완전 퀜칭되기 쉽다. 따라서 강하게 교반하여 증기막을 파괴시킬 필요가 있고, 水溫도 25℃ 이하로 유지하는 것이 좋다.
     퀜칭경화깊이는 C나 Mn의 영향이 가장 크지만 Ni, Cr 및 B 등도 영향을 미치므로 scrap으로부터 혼입된 이들 불순물의 영향도 간과해서는 안된다.
     템퍼링온도범위는 550∼600℃ 정도를 선택하여 소르바이트조직으로 만드는 調質처리가 행하여지고 있다. 침탄용강은 내마모성을 위하여 150∼200℃의 저온템퍼링을 행한다.

(2) 기계구조용 합금강
     기계구조용합금강의 탄화물은 M3C형의 複合탄화물이므로 오스테나이트에 고용하기 쉽다. 여기서 M은 금속원소를 나타내는 것으로, Fe의 일부가 다른 금속원소와 치환된 형태이다. 한예로 (Fe.Cr.Mo)₃C와 같은 것이 있다. 기계구조용합금강의 퀜칭은 SMn계나 SCr계의 일부를 제외하고는 유냉이 원칙이다. 따라서 충분히 교반할 필요가 있고, 油溫도 60∼80℃ 정도로 유지하는 것이 좋다.
     기계구조용 합금강의 템퍼링은 원칙적으로 550∼650℃의 고온템퍼링, 즉 조질처리가 행하여지고 있다. 그러나 SCr계와 같이 템퍼링연화저항성이 작은 강종은 약간 낮은 온도에서 템퍼링한다. 침탄용강은 역시 150∼200℃의 저온템퍼링을 행한다.
     한편 전술한 바와 같이 일반적으로 저온템퍼링과 고온템퍼링의 중간온도에서는 템퍼링취성이 나타나서 충격인성이 현저하게 떨어지므로 이 온도범위에서의 템퍼링은 피하는 것이 좋다. 또 고온템퍼링후 서냉할 때에도 템퍼링취성이 나타나므로 KS규격에서도 템퍼링후에는 급랭하도록 규정하고 있다. 따라서 대형부품에서는 강제적인 냉각이 필요하게 되지만 일반적인 경우는 공랭정도면 충분히 템퍼링취성을 피할 수 있다. 물론 템퍼링취성의 방지 측면에서 볼 때에는 수냉이 가장 바람직하지만 수냉하면 변형과 녹 문제가 수반되므로 가능하면 피하는 것이 좋다.

(3) 탄소공구강
     고탄소강은 경화능이 나쁘므로 수냉으로 경화시킨다. 오스테나이트화 온도는 760∼820℃의 범위로, 온도는 정확히 조절하여 미용해 탄화물이 과잉으로 용해되지 않도록 한다. 온도가 너무 높으면 잔류오스테나이트량이 증가되어 퀜칭경도는 저하되고, 또한 퀜칭균열이나 변형이 발생되기 쉽다.
     한편 고탄소강은 극히 탈탄되기 쉬우므로 가열시에 충분히 주의해야 하고, 필요에 따라서는 분위기 가열도 행한다. 탄소공구강은 STC 1∼STC 7까지 7종이 KS규격에 규정되어 있는데, 템퍼링은 모두 170℃ 전후에서 하도록 규정되어 있다. 일반적으로 템퍼링 오일에 의한 oil bath가 사용되고 있다. 이 강종은 템퍼링연화저항성이 없으므로 온도관리에 세심한 주의를 요한다. 템퍼링경도는 탄소량에 따라 HRC 54∼65 정도로 된다.

(4) 합금공구강
     합금공구강은 대부분 열전도도가 작으므로 800℃ 전후에서 예열을 행한다. 예열에 의해서 가열시의 변형을 방지하고, 오스테나이트화 온도에서의 유지시간을 단축시킬 수 있으며, 퀜칭경도의 균일화 등에 효과적이다.
     오스테나이트화 온도는 강종에 따라서 매우 큰 차이를 보인다. 유지시간은 두께 25mm당 보통 15∼30분 정도로 한다. 냉각방법도 일정치 않고 강종에 따라 수냉, 유냉 및 공랭으로 규정되어 있다.

     한편 템퍼링도 경도와 내마모성을 주로 요구하는 절삭용이나 냉간금형용 공구강은 저온템퍼링을 행하고, 충격인성이 요구된다거나 또는 열간금형용 공구강과 같이 고온에서 사용하는 강에서는 고온템퍼링을 행한다.
     내충격용 공구강은 저온템퍼링하고 있지만 이 경우는 탄소량을 낮추거나 V을 첨가해서 인성을 확보하고 있다.
STD 11과 같은 냉간금형용 합금공구강의 템퍼링온도가 150∼200℃로 규정되어 있는데, 실제로 금형을 열처리할 때에는 500℃ 부근에서 1차 템퍼링하고, 150∼200℃ 범위에서 2차 템퍼링하는 것이 좋다.

(5) 고속도강
     고속도공구강은 합금원소량이 많으므로 2段 豫熱을 충분히 행하여야 한다. 오스테나이트화 온도에서의 유지시간은 3∼5분 정도면 된다. 오스테나이트화 온도는 탄화물을 충분히 고용시킬 필요가 있기 때문에 W계에서는 1300℃ 이상으로 매우 높지만, Mo계에서는 1250℃이하로서 충분하다. 그러나 두 경우 모두 통상적인 퀜칭에 비해서는 고온이므로 오스테나이트화 온도조절과 탈탄에 특별한 주의를 기울여야 한다. 일반적으로 가열은 염욕가열이 사용되고 있다.
     한편 경화능이 좋으므로 공랭으로도 경화되지만 산화피막의 형성을 억제하기 위해서는 유냉으로 300℃ 정도까지 냉각시킨 후 꺼내서 공랭하는 것이 좋다. 고속도강에서 템퍼링온도에 따른 경도변화는 200∼400℃에서는 퀜칭에 의한 내부응력의 제거와 마르텐사이트의 분해 등에 기인하여 경도는 약간 저하되지만, 560∼600℃에서 템퍼링하면 재차 경도가 높아진다. 이것이 전술한 2차경화현상이다. 고속도강에서 나타나는 2차경화현상은

(ⅰ) 마르텐사이트로부터의 탄화물 석출
(ⅱ) 잔류오스테나이트로부터의 탄화물 석출
(ⅲ) 템퍼링온도로부터 냉각도중 일어나는 잔류오스테나이트의 마르텐사이트화 등 3가지 현상이 합성된 경화이다.

     고속도강에서도 절삭내구력을 향상시키기 위해서는 2∼3회의 템퍼링이 필요하다. 즉 고합금공구강이나 고속도강에서의 잔류오스테나이트는 500℃부근의 템퍼링온도에서 냉각할 때 마르텐사이트로 변태한다. 따라서 이러한 강은 새롭게 생성된 2차 마르텐사이트에 인성을 주는 재템퍼링을 실시해야 된다. 만약 필요한 경도가 1차 템퍼링후 이미 도달되었다면 2차 템퍼링은 강의 경도가 감소되지 않도록 보다 낮은 온도에서 실시해야 한다. 실제로 이러한 2차 템퍼링은 1차 템퍼링보다 10∼30℃정도 낮은 온도에서 실시한다. 이렇게 함으로써 금형과 절삭공구의 인성과 내구성이 매우 향상된다.

(6) 스프링강 및 베어링강
     스프링강은 기계구조용강에, 베어링강은 합금공구강에 준해서 열처리하는 것이 보통이다. 스프링강은 탈탄, 표면흠 등에 의해서 피로한계를 뚜렷하게 저하시키므로 탈탄에 주의해야 하고, 특히 가열온도가 높으면 오스테나이트 결정립이 조대화되어 인성을 해치고, 표면상태가 나빠지며, 탈탄되기 쉬워지므로 조심해야 한다. 퀜칭시 300℃ 정도로 냉각되면 냉각유에서 꺼내어 연속적으로 템퍼링로에 장입한다. 템퍼링온도는 450∼540℃의 범위를 선택함으로써 탄성한계를 향상시키고 있다. 베어링강의 템퍼링온도는 강종과 형상에 따라 120∼200℃범위로 한다. 또 정밀한 것을 요구할 때에는 심랭처리와 템퍼링을 조합하여 數回 반복한다.