엉터리 다이빙

열처리방법

 

1. 열처리 종류

 

철강 재료는 같은 성분이라도 열처리 방법에 따라 조직이 크게 달라질 수 있다.

따라서 열처리를 알맞게 하면 필요에 따라 철강 재료의 기계적 성질과 그 밖의 성질을 변화시켜 사용 용도에 따라 효과적으로 이용할 수 있다.

열처리는 이와 같이 재료에 특별한 성질을 부여하는 것이라 정의할 수 있으며 다음과 같이 분류한다.

① 계단 열처리(interrupted heat treatment)

② 항온 열처리(isothermal heat treatment)

③ 연속 냉각 열처리(continuous cooling heat treatment)

④ 표면 경화 열처리(surface hardening heat treatment)

이중 기어를 열처리하는데 주로 쓰이는 계단 열처리와 표면 경화 열처리에 대해서만 알아보도록 하겠다.

 

 

2. 계단 열처리

 

① 담금질(quenching)

강을 적당한 온도로 가열하여 오스테나이트 조직에 이르게 한 뒤, 마텐자이트 조직으로 변화시키기 위해 급냉시키는 열처리 방법이다.담금질은 강의 경도와 강도를 증가시키기 위한 것이다. 강의 담금질 온도가 너무 높으면 강의 오스테나이트 결정 입자가 성장하여 담금질후에도 기계적 성질이 나빠지고 균열이나 변형이 일어나기 쉽다. 따라서 담금질 온도에 주의해야 한다.

 

② 뜨임(tempering)

담금질한 강은 경도가 증가된 반면 취성을 가지게 되고, 표면에 잔류 응력이 남아 있으면 불안정하여 파괴되기 쉽다. 따라서 적당한 인성을 재료에 부여하기 위해 담금질 후에 반드시 뜨임 처리를 해야한다. 즉 담금질 한 조직을 안정한 조직으로 변화시키고 잔류 응력을 감소시켜, 필요로 하는 성질과 상태를 얻기 위한 것이 뜨임의 목적이다. 담금질한 강을 적당한 온도까지 가열하여 다시 냉각시킨다.

 

③ 풀림(annealing)

일반적으로 풀림이라 하면 완전 풀림(full annealing)을 말한다.

주조나 고온에서 오랜 시간 단련된 금속재료는 오스테나이트 결정 입자가 커지고 기계적 성질이

나빠진다. 재료를 일정 온도까지 일정 시간 가열을 유지한 후 서서히 냉각시키면, 변태로 인해

최초의 결정 입자가 붕괴되고 새롭게 미세한 결정입자가 조성되어 내부 응력이 제거될 뿐만 아니라

재료가 연화된다. 이러한 목적을 위한 열처리 방법을 풀림이라 부른다.

풀림의 목적을 다음과 같이 정리할 수 있다.

a) 단조나 주조의 기계 가공에서 발생한 내부 응력 제거

b) 열처리로 인해 경화된 재료의 연화

c) 가공이나 공작으로 경화된 재료의 연화

d) 금속 결정 입자의 미세화

 

④ 불림(normalizing)

불림의 목적은 결정 조직을 미세화하고 냉간 가공이나 단조 등으로 인한 내부 응력을 제거하며

결정 조직이나 기계적 성질과 물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다.

강을 불림 처리하면 취성이 저하되고 주강의 경우 주조 상태에 비해 연성이나 인성 등 기계적 성질이

현저히 개선된다. 재료를 변태점 이상의 적당한 온도로 가열한 다음 일정 시간 유지시킨 후 공기 중에서 냉각시킨다. 이렇게 하여 미세하고 균일하게 표준화된 금속 조직을 얻을 수 있다.

 

 

3. 표면 경화 열처리

 

표면 경화 열처리는 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위한 방법으로 크게 화학적 방법과 물리적 방법으로 나눌 수 있다. 기어에 적용되는 화학적 방법에는 침탄법(carburizing)과 질화법(nitriding)이 있고, 물리적 방법에는 고주파 표면 경화법(induction hardening)이 있다.

 

 

① 침탄법

침탄이란 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위해 다음과 같은 단계를 사용하는 방법이다.

탄소함유량이 0.2% 미만인 저탄소강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로

가열한 다음, 그 표면에 탄소를 침입하고 확산시켜서 표면 층만을 고탄소 조직으로 만든다.

침탄 후 담금질하면 표면의 침탄층은 마텐자이트 조직으로 경화시켜도 중심부는 저탄소강 성질을 그대로 가지고 있어 이중 조직이 된다. 표면이 단단하기 때문에 내마멸성을 가지게 되며, 재료의 중심부는

저탄소강이기 때문에 인성을 가지게 된다. 이러한 성질 때문에 고부하가 걸리는 기어에는 대개

침탄 열처리를 사용한다.

침탄법은 침탄에 사용되는 침탄제에 따라 고체침탄과 액체침탄과 가스 침탄으로 나눈다.

특별히 액체 침탄의 경우, 질화도 동시에 어느 정도 이루어지기 때문에 침탄 질화법이라 부른다.

 

② 질화법

금속 재료 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물(Fe2N) 층을 형성하는 표면경화법을 질화라 부른다.

이것은 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 500℃로 장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다.

침탄처럼 침탄 후 담금질이 필요 없으므로 다른 열처리 방법에 비해 변형이 매우 작으면

내마멸성과 내식성과 피로 강도 등이 우수하다.

그러나 다른 열처리에 비해 가격이 많이 든다. 질화법은 다음과 같은 특징이 있다.

a) 침탄에 비해 경화층이 얕고 경화는 침탄한 것보다 크다.

b) 마모나 부식에 대한 저항력이 크다.

c) 담금질이 필요 없으며 열처리에 의한 재료의 변형이 가장 적다.

d) 600℃ 이하의 온도에서는 재료의 경도가 감소되지 않으며 산화작용도 잘 일어나지 않는다.

 

③ 고주파 표면경화법

0.4 - 0.5%의 탄소를 함유한 고탄소강을 고주파를 사용하여 일정 온도로 가열한 후 담금질하여

뜨임하는 방법이다. 이 방법에 의하면 0.4% 전후의 구조용 탄소강으로도 합금강이 갖는 목적에

적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다. 표면 경화 깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로

변화되는 깊이로 결정되므로 가열 온도와 시간 등에 따라 다르다.

보통 열처리에 사용되는 가열 방법은 열에너지가 전도와 복사 형식으로 가열하는

물체에 도달하는 방식을 이용하고 있다.

그러나 고주파 가열법에서는 전자 에너지 형식으로 가공물에 전달되고,

전자 에너지가 가공물의 표면에 도달하면 유도 2차 전류가 발생한다.

이 때 가공물 표면에 와전류(eddy current)가 발생하여 표피효과(skin effect)가 된다.

차 유도전류는 표면에 집중하여 흐르므로 표면경화에는 다음과 같은 장점이 나타난다.

a) 표면에 에너지가 집중하기 때문에 가열 시간을 단축할 수 있다.

b) 가공물의 응력을 최대한 억제할 수 있다.

c) 가열 시간이 짧으므로 산화나 탈탄 염려가 없다.

d) 값이 싸다.

 

 

침탄 열처리

 

1. 침탄법이란

 

기계 재료로 많이 사용되는 강은 제강하는 과정에서 강이 가진 화학적 성분이나 강에 포함된

함급 원소량은 변하지 않는다. 그러나 기계를 제작할 때 사용 목적에 따라 강의 화학 성분을

바꾸어야 할 경우가 있다. 이 성분을 바꾸는 방법 가운데 하나가 재료의 표면을 단단하게

만드는 표면 경화(Surface Hardening)이다.

표면 경화는 화학 성분의 변화가 고체인 강에서만 일어나고 재료의 표면층에서만 발생한다는

특징을 가지고 있다. 기계 부품 가운데 표면 경도가 될 수 있으면 높고 내마멸성이 크고

충격에 잘 견디는 재료를 필요로 하는 것이 많다. 이러한 부품에는 기어나 캠, 캠샤프트 등이 있다.

표면 경화법으로 많이 이용되는 방법에는 침탄법과 질화법, 고주파담금질과 화염담금질, 방전경화,

금속침투법 등이 있다. 이중에서 기어의 재료에 많이 사용되는 방법이 침탄법이다.

침탄법은 강의 표면에 탄소(Carbon)을 침투시키는 방법이다.

기어의 재료로 고탄소강을 사용할 경우 열처리에 의해 높은 경도를 얻을 수 있으나

동시에 강한 충격에 잘 부러지는 취성을 가지게 된다.

따라서 표면은 경도가 높고 내부는 질긴 성분을 가진 재료가 큰 힘에 더 잘 견딜 수 있다.

기어의 재료로 탄소함유량이 적은 저탄소강을 선택할 경우, 표면은 기어가 장시간 서로 맞물려도

잘 견딜수 있도록 열처리로 경도를 높여주고 재료의 내부는 고탄소강에 비해 휨에 잘 견디는

인성을 갖도록 할 수 있다.

 

 

2. 침탄법의 종류

 

침탄법은 침탄제의 종류에 따라 고체, 액체, 가스 침탄법으로 분류된다.

 

‣ 고체침탄법

고온에서 금속이나 비금속을 주강의 표면에 확산 침투시킴으로써 표면에 합금층을 생성시키는

방법이다. 침탄제는 목탄이 60-70% 탄산바륨 20-30% 탄산나트륨 10%이하 성분이 주로 사용된다.

침탄 온도는 강재를 900℃ 전후의 온도에서 장시간 처리하므로 중심부 조직이 거대화한다.

따라서 담금질을 하여 중심부 조직을 미세화하고 표면층을 경화시킨다.

침탄 부품 가운데 전면 침탄이 아니라 어느 한 부분만을 침탄 할 때도 있다. 이와 같은 경우를 국부 침탄이라 하며 침탄 방지제를 발라 침탄을 방지한다. 현재 침탄 방지로는 구리도금이 가장 많이 사용된다.

구리 도금의 두께는 20u 정도이면 충분하다. 고체침탄법의 최대 결점은 침탄 시간이 길다는 점이다.

보통 0.1mm 침탄깊이를 얻는데 1시간 정도가 필요하다.

 

‣ 액체침탄법

NaCN을 주성분으로 하여 중성염이나 탄산염을 첨가한 침탄제로 된 용액 속에 침탄할 재료를 담그어 침탄 시키는 방법이다. 실제로는 침탄과 질화가 동시에 이루어지기 때문에 액체침탄질화법이라 부르기도 한다. 이 방법은 얇은 침탄층을 원할 때 사용하는 것이 좋다.

 

‣ 가스침탄법

고체침탄법이 지닌 단점을 보완하기 위해 사용되는 것이 가스침탄법이다.

가스침탄법은 고체침탄법에 비해 열효율이 높고 공정도 간단하여 널리 사용되고 있다.

가스 침탄제로는 일산화탄소와 메탄, 에탄, 프로판, 천연가스등 탄화수소계 가스가 주로 사용된다.

가스 침탄은 고체 침탄에 비해 전반적으로 침탄 시간이 짧다.

또한 온도 가열을 고주파를 이용하면 침탄 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

고주파 가열에 의해 온도가 950-1050℃ 까지 유지되고 침탄깊이를 0.8-1.0mm로 할 때, 약 30-40분간 이 온도를 지속함으로 침탄이 충분하게 이루어진다.

침탄이 이루어진 후에는 어떤 종류의 가스를 사용하든지 반드시 2차 열처리를 해주어야 한다.

그 이유는 침탄 부품이 강인 경우 고온에서 장시간 가열하면 심부 조직이 조립화(祖粒化)되기 때문에

이것을 다시 미세화하게 만들어주어야 하기 때문이다. 또한 강 조직의 변화로 인해 강이 여리게 됨을 방지하고 표면층의 경화를 높이기 위해서도 재 열처리가 필요하다. 재열처리는 약 850-900℃까지 재료의 온도를 올린 후 다시 냉각시키는 불림이나 1차 담금질을 한다. 760-780℃로 2차 담금질을 한다.

마지막으로150-170℃에서 뜨임을 한다.

 

 

3. 침탄강

 

침탄경화의 대상이 되는 강을 침탄강이라 부르며 보통 탄소 함유량이 0.15-0.18%인 저탄소강과 크롬이나 몰리브텐이 첨가된 합금강이 있다.침탄에 사용되는 기어의 재료는 S15C, SCM415, SCM420, SNC420, SNC815, SNCM420이다.

 

 

4. 표면 경도

 

침탄으로 얻을 수 있는 재료의 표면 경도는 대략 다음과 같다(이 값은 대략적인 값임).

 

<표1>침탄에 의한 표면 경도

재질	SCM415 SNCM220	SCM420SNCM420SNC815
표면	HS 70 ~ 75	HS 75 ~ 80
심부	HS 65 ~ 70	HS 70 ~ 75

 

 

침탄 열처리 요령서(1)

 

주의사항

본 침탄 열처리 요령서는 일본에서 사용된 예입니다.국내 실정과 다를 수 있으므로

이 문서는 다만 참고용으로만 사용하시기 바랍니다.

 

 

1. 적용 범위

 

1) 침탄 열처리를 적용하는 제품의 규격(Specification) 확인 요령

① 침탄 열처리가 요구되는 제품은 도면에 따라 정확한 규격을 확인하도록 한다.

② 침탄 유효경화층 두께와 표면의 경도를 확인한 후 요청된 기어 제품의 입고일을 확인하고

인수한다.

 

2) 제품 출하시 확인요령

① 기어 측면의 면취가 제대로 가공되었는 지 확인한다.

② 차량으로 제품을 이동할 때 부딪쳐서 생긴 흠이나 눌림 현상이 있는지를 확인한다.

 

3) 침탄 열처리 제품의 입고전 제품의 보관 방법

① 기어 제품은 옆으로 뉘여서 보관한다.

② 피니언은 세워서 보관한다.

③ 침탄을 방지할 필요가 있는 제품은 침탄 방지제가 제대로 도포 되었는지 확인한다.

④ 기어를 세워서 보관하는 경우는 제품의 직경이 250mm이고 치폭이 50mm 미만인 경우에 적용한다 (제품의 변형에 매우 조심할 것).

 

[입로 전 제품의 적재 방법의 예] [Q & T 전 가열상태의 예] [가열 상태의 예]

 

2. 열처리 검사

 

1) 시험편 재취 방법

① 열처리 시험편은 단조 제작회사에서 구한다.

② 침탄용 기어 자재는 별도로 열처리 이력(침탄을 포함한 전 열처리 사이클)을 덧붙인다.

③ 열처리 후 기계 가공은 하지 않는다.

 

2) 시험방법

① 위의 시험편 단면에서 일부분의 경도 분포를 깊이 0.1mm별로 채취하여 유효 침탄 길이(경화층 깊이) 가 규격 내의 값인지 확인한다.

② 이 단면을 현미경 사진으로 촬영하여 시멘타이트와 같은 유해한 조직이 많이 섞여 있는지를 확인한다.

③ 유효경화층의 한계점은 HV550으로 설정한다.

 

3) 합격 여부 판정

열처리 검사는 상기 시험편과 소재 본체에 대한 열처리 시험 합격 여부를 가지고 열처리 제작회사가

합격여부를 판정한다.

 

4) 시험편의 크기

① 열처리 시험편 직경 : 30 mm 길이 : 25 mm 열처리 시험편은 침탄품 자체의 것만을 이용한다.

 

5) 적용 규격

① 강의 침탄경화층 깊이 측정방법 JIS G 0557

② 비커스 경도 시험 방법 JIS G 2244

 

 

3. 침탄열처리 표준온도와 시간 관계

침탄 열처리에 대한 표준온도와 시간은 Darle W. Dudley의 책에 수록된 다음 그래프를 기준으로

이용한다.

 

[침탄 열처리를 위한 시간과 온도 조건] [열처리 선도(기어 본체)]

(침탄)

(조질)

 

4. 침탄 유효경화층 설정

(기어 설계 시)AGMA2001-B88에 수록된 그래프를 기준으로 한다.

[침탄 기어를 위한 유효경화층 깊이]

 

 

침탄 열처리 요령서(2)

 

주의사항

 

본 침탄 열처리 요령서는 일본에서 사용된 예입니다.국내 실정과 다를 수 있으므로

이 문서는 다만 참고용으로만 사용하시기 바랍니다.

 

5. 침탄제품의 현미경 조직 시험

분석사용 설비 - 회사가 보유한 설비를 이용한다.

 

① 표준시험편의 정의기어 본 소재와 동일한 재료를 사용한다.

② 표준시험편의 형상 (단위 : mm)

③ 부착방법

④ 합격품과 불합격품의 조직 형상 비교(침탄층)

[불합격품]

[합격품]

⑤ 현미경 조직 시험 리포트의 예

[침탄층(x400)]과 [경계층(x400)]

[침탄깊이에 대한 데이터]와 [심부(x400)]

 

6. 강의 침탄경화층 깊이 측정방법

 

1) 적용범위

이 규격은 강의 침탄소입에 의한 경화층 깊이를 측정하는 방법에 대한 규정이다.

 

2) 용어의 의미

이 규격에 사용되는 주요한 용어의 의미는 다음과 같다.

 

① 유효경화층 깊이

침탄 후 Quenching(담금질) 처리상태 그대로 또는 200℃를 초과하지 않는 온도로 Tempering(뜨임)한 경화층의 표면으로부터 비커스(Vickers) 경도 550(Rockwell "C" 경도 50)이 나오는 점까지의

깊이를 말한다

 

② 전체경화층 깊이

침탄 후 Quenching(담금질) 처리상태 그대로 또는 200℃를 초과하지 않는 온도로 Tempering(뜨임)한 경화층의 표면에서 경화층과 본래 소재의 물리적, 화학적 성질과 차이를 구분할 수 없는 점까지의 거리(여기서 말하는 물리적 성질은 경도로 화학적 성질은 마이크로 조직을 검사하여 판정한다)를 말한다.

 

③ 경도추이곡선(경도변화곡선)

경화층의 표면에서의 수직 거리와 그 점의 경도와의 관계를 표시하는 곡선을 말한다.

 

3) 측정방법의 종류

① 경도 시험에 의한 방법시험 제품의 절단면에 대해 경도시험을 실시하여 경도추이곡선을 작성하고 그 곡선에서 유효경화층 깊이나 전체겨화층 깊이를 측정하는 방법이다.

② 마이크로 조직 시험에 의한 측정방법시험품의 절단면에 저배율의 확대경으로 경화층 깊이를

측정하는 방법이다. 경화층 깊이 측정은 일반적인 경도시험에 의한 측정방법이 사용되고,

간단한 방법으로 현미경 조직검사에 의한 측정방법이 사용된다.

 

4) 검사 제품

검사 제품은 원칙적으로 열처리된 침탄품 그 자체를 사용한다. 특수한 경우에만 침탄된 기어 제품과 동일한 형상과 조건으로 열처리된 동일 재질의 것을 사용해도 좋다.

 

5) 경도 시험에 의한 측정방법

① 검사 제품을 경화면에 수직 방향으로 절단하여 그 절단 단면을 연마하여 마무리하고

그 면을 검사면 으로 정한다.

② 검사면에 비커스 경도시험을 행하여 경도변화곡선을 작성하고 그 곡선으로부터 유효 경화층 깊이와 전체 경화층 깊이를 측정한다. 이 때에 시험하중은 원칙적으로 0.3 kgf (2.9N)로 한다. 단 필요한 경우 0.1 ~ 10 kgf(0.98 ~ 98.1 N)을 사용해도 좋다.

③ 경도변화곡선은 다음과 같이 작성한다.

a) 검사면으로부터 측정하려고 하는 점까지, 수직방향으로 원하는깊이에 따라 순서대로 경도를 측정하여 경도변화곡선을 작성한다. 단 필요한 경우 표면으로부터 1.5mm 범위에 2~5개의 점을 지정하여 이 점과 수직방향으로 깊이에 따라 경도를 측정하여 경도변화곡선을 작성한다(그림 참조).

 

[경도 측정점의 배치]

b) 경도변화곡선에서 측정점의 간격은 원칙적으로 0.1mm 이하로 한다.

c) 경도시험방법은 JIS G 2244(비커스 경도시험방법)에 따른다.

단 서로 접하는 점에서는 그 중심 간격을 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다.

 

6) 마이크로 조직시험에 의한 측정방법

① 시험 제품을 경화면에 수직으로 절단하고 절단면을 연마하여 시험면으로 정한다. 절단이나 연마시 시험면의 조직에 영향을 주지 않도록 충분하게 주의한다.시험면의 표면조도는 1.6S로 한다.

시험면을 약 5%의 질산 알콜 용액을 사용하여 명료한 착색 상태가 되도록 적당시간 동안

부식시킨다. 이 부식면을 알콜이나 물로 세정하여 20배를 넘지 않는 배율의 확대경으로

부식에 의한 착색 상황을 조사한다.

② 전체경화층 깊이를 구하기 위해서 본 바탕과 달리 착색된 부분의 표면에서부터 깊이를 측정한다.

 

7) 표시

① 경화층깊이는 mm로 표시하고 소수점 이하 1정도까지 표시한다.

② 경화층깊이 표시기호는 다음 표에 따른다.

 

<표1>경화층 깊이 표시 기호

측정방법 경화층깊이	경도시험에 의한 측정방법	마이크로 조직 시험에 의한 측정방법
유효경화층 깊이	CD - H△- E	-
전경화층 깊이	CD - H△- T	CD - M - T

비고

1. △에는 시험하중을 kfg(N) 단위로 기입한다.

2. 시험하중이 0.3kgf(2.9N) 일 때는 △에 기입하지 않아도 좋다.

 

기입 예

 

1. CD - H 0.3 - T 1.1 (경도시험에 의한 측정방법으로 시험하중 0.3kgf(2.9N) 로 측정하여

전경화층깊이가 1.1mm인 경우)

2. CD - H 1 - E 2.5 (경도시험에 의한 측정방법으로 시험하중 1kgf(9.8N) 로 측정하여

전경화층깊이가 2.5mm인 경우)

3. CD - H - T 1.1 ( 1번 예와 같음)

4. CD - M - T 2.2 (마이크로 조직시험에 의한 측정방법으로 측정하여 전체경화층깊이 2.2mm의 경우)

 

 

침탄 열처리 요령서(3)

 

주의사항

본 침탄 열처리 요령서는 일본에서 사용된 예입니다.국내 실정과 다를 수 있으므로

이 문서는 다만 참고용으로만 사용하시기 바랍니다.

 

7. 비커스 경도 시험방법

 

1) 적용범위

이 규격은 주로 금속재료의 비커스 경도 시험방법에 대해 규정한다.

 

비고

1. 이 규격의 인용규격은 다음과 같다.

JIS B 7725 비커스 경도시험기

JIS B 7734 미소(微小) 경도시험기

JIS B 7735 비커스 경도 기준편

JIS z 8401 수치의 사사오입법

2. 이 규격과 같은 종류의 국제 규격은 다음과 같다.

ISO 6507-1 : 1982 Metallic materials-Hardness test-Vickers test

Part1 : HV 5 to HV 100

ISO 6507-2 : 1983 Metallic materials-Hardness test-Vickers test

Part2 : HV 0.2 to less than HV 5

ISO 65-7-3 : 1989 Metallic materials-Hardness test-Vickers test

Part3 : Less than HV 0.2

 

2) 용어의 정의

이 규격에 사용되는 주요한 용어의 정의는 다음과 같다.

 

a) 비커스(Vickers) 경도압자(壓子)로 136〫〫〫〫〫 의 정각(頂角)을 지닌 다이아몬드각추(角錐)를 이용하여

시험면을 오목하게 패이게 했을 때, 시험하중을 오목하게 패인 표면적으로 나누어 얻은 경도를 말한다. 경도는 다음 식에 따른다.

HV = 0.102 F / S = 0.102 x 2 x F x sin (e/2) / d2 = 0.1819 F / d2

여기서, HV : 비커스 경도수

F : 시험하중(N)

S : 패인표면적(mm)

d : 오목하게 패인 표면적 대각선 길이의 평균(mm)

e : 다이아몬드 각추의 정각(136〫)

 

비고 : 비커스 경도 표기는 영어의 대문자 표기 HV를 사용한다.

 

b) 경도 기호

비커스 경도를 나타내는 HV에 이어서 시험하중에 비례하는 값을 표시한 기호.

경도기호와 시험하중과의 관계는 <표1>에 따른다.

 

<표1>경도기호와 시험하중과의 대응표

경도기호	시험하중	경도기호	시험하중
HV 0.001	9.807mN	HV 0.3	2.942N
HV 0.002	19.61mN	HV 0.5	4.903N
HV 0.003	29.42mN	HV 1	9.807N
HV 0.005	49.03mN	HV 2	19.61N
HV 0.01	98.07mN	HV 5	49.03N
HV 0.025	0.2452N	HV 10	98.07N
HV 0.05	0.4903N	HV 20	196.1N
HV 0.1	0.9807N	HV 30	294.2N
HV 0.2	1.961N	HV 50	490.3N

 

c) 표준 오목 면적 : 대각선 길이의 표준값이 결정되어져 있는 오목면적.

 

3) 시험기

시험기는 다음에 따른다.

 

a) 비커스 경도시험에 사용되는 시험기는 JIS B 7725 또는 JIS B 7734에 적합한 것이어야 한다.

비고

1. 시험기는 그 주요 부분의 분해와 재조립 또는 모양을 변경하거나 압자의 교환 등을 한 경우

다시 한 번 JIS B 7725 또는 JIS B 7734 정도에 적합한가를 확인한다.

2. 비고 1에 해당하지 않는 경우라도 사용빈도에 따라서 일정 기간마다 JIS B 7725 또는 JIS B 7734 정도에 적합한 지를 확인한다.또한 필요에 따라 시험기 종합오차의 점검을 JIS B 7735에 적합한 경도 표준편을 이용해 시행하길 바란다.

 

b) 시험기는 충분히 안전성이 있는 받침에 위에 놓고 압자의 부착 축을 수직으로 하여 사용한다.

 

4) 시험편

시험편는 다음에 따른다.

 

a) 시험편 평면으로 한다.

비고 : 시험편의 시험면이 곡면인 경우는 기어 제작업체와 열처리 업체 사이

(이하, 당사간이라 표현함)의 협정에 따른다.

 

b) 시험편은 충분한 두께가 있는 것이어야 한다. 오목하게 패일 때 그 모양으로 인해

뒷면에 변화가 있어서는 안된다.

비고

1. 시험편의 두께는 패임 대각선 길이의 1.5배 이상으로 한다. 그 관계를 그림1에 표시한다.

2. 도금층 등 시험의 두께에 관해 <비고 1>의 규정을 적용할 수 없을 때, 각 재료의 일본공업규격지정 이나 당사자 간의 협정에 따른다.

[시험편경도와 시험하중에 대한 시험편의 최소두께]

 

c) 시험면의 마무리는 [6) ㄱ.] 항목의 패임 측정이 행하여 질 수 있도록 한다.

 

d) 시험면은 경도값에 영향이 없도록 마무리에 주의한다. 또한 시험편 채취나 단면의 경도시험을 위해 절단가공을 한 경우는 가공층의 제거에 유의한다.

 

e) 시험면에는 기름이나 산화물 등의 이물질이 있으면 안된다.

 

f) 아주 작은 크기의 시험편이나 복잡한 형상을 지닌 시험편은 시험면을 마무리할 때, 시험편에 특수한 물질를 이용하거나 수지에 메꾸어 넣은 것과 방법 등을 이용하여 시험편가 잘 보존될 수 있도록 한다.

단, 이러한 방법이 시험편 경도에 영향을 미치지 않아야 한다.

비고

시험편의 단면의 벌어진 틈에 수지를 메꾸어 넣을 경우, 수지경화에 따른 발열이나 프레스 성형 시의 압력과 온도 등이 시험편 경도에 영향을 줄 수 있으므로 특별히 주의할 필요가 있다.

 

5) 경도시험

시험은 다음에 따른다.

 

a) 시험하중의 크기는 별도로 제한이 없는 한 크게 선택하는 것이 좋다.

b) 시험편 시험면은 압자 부착 축에 수직이 되도록 놓는다.

c) 경도를 측정할 오목한 면적의 중심 거리는 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다. 또한 오목한 면에서 시험편 가장자리까지 거리는 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다.

d) 시험하중은 충격을 수반하지 않으며 운동부분의 관성에 의한 오차를 무시할 수 있을 정도로 서서히 증가시켜 규정의 크기로 만든다.

비고

1. HV1 (시험하중 9.087N)을 넘는 시험에서는 경도가 대략 700HV의 재료HV30 (시험하중 294.2N)의 경도 시험을 했을 때 시험하중을 가하기 시작해서부터 끝날 때까지 소요시간이 2-10시간이 되도록 부하속도를 조정하는 것이 좋다.

2. HV1 (시험하중 9.807N)이하의 시험에서 부하속도는 그 시험기에 지정된 조건에 따른다.

e) 시험하중을 규정의 크기로 유지하는 시간은 10 ~ 15시간으로 한다.

f) 시험온도는 일반적으로 10 ~ 35℃ 범위로 하며 필요한 경우 시험온도를 기록한다.

단 온도 관리는 23±5℃로 하며 온도변화에 민감한 재료에 대해서는

그 재료의 일본공업규격 지시에 따른다.

 

6) 패임의 측정과 경도값 산출

패임의 측정과 경도값 산출은 다음에 따른다.

 

a) 패임의 방향에 따른 대각선 길이는 시험하중을 제거한 후 그 대각선 길이의 0.4%나 0.2㎛중 큰 어느 한쪽 값까지 읽는다. 단 당사자간의 협정에 따라 오차가 허용되고 있는 경우 1㎛까지 읽어도 좋다.

비고

패임 계측이 테레비 방식인 경우 패임 읽기는 최대 측정치의 0.3% 이하로 한다.

b) 패임의 대각선 길이 측정에 있어서는 기준 패임의 측정을 하여 치우침을 구하고 대각선 길이 측정치를 보정하는 것이 좋다.

c) 비커스 경도는 패임의 가로와 세로 두 방향의 대각선 길이를 측정하여 그 평균을 이용하여 산출한다. 경도는 JIS Z 8401에 따라 유효숫자 3자리로 사사오입한다.

 

7) 경도 표시

비커스 경도는 경도값과 경도 번호 순서로 표시한다.

예) 700HV0.1 : 경도값 700 시험하중 0.9807 N

300HV30 : 경도값 300 시험하중 294.2N

 

(참고) 곡면에 있어서 경도시험

이 참고는 본체 규정과 관련된 사항을 보충설명하는 것으로 규정의 일부는 아니다.

곡면에서 경도를 측정할 경우 외관 경도 측정치에 대해 참고표

1 ~ 6 (ISO 6507-1에 따름)의 보정계수를 곱한 값을 경도 측정치로 한다.

 

<참고표1>볼록구면에 대한 보정계수

d / D	보정계수	d / D	보정계수
0.004	0.995	0.086	0.920
0.009	0.990	0.093	0.915
0.013	0.985	0.100	0.910
0.018	0.980	0.107	0.905
0.023	0.975	0.114	0.900
0.028	0.970	0.122	0.895
0.033	0.965	0.130	0.890
0.038	0.960	0.139	0.885
0.043	0.955	0.147	0.880
0.049	0.950	0.156	0.875
0.055	0.945	0.165	0.870
0.061	0.940	0.175	0.865
0.067	0.935	0.185	0.860
0.073	0.930	0.195	0.855
0.079	0.925	0.206	0.850

<참고표2>오목구면에 대한 보정계수

d / D	보정계수	d / D	보정계수
0.004	1.005	0.057	1.080
0.008	1.010	0.060	1.085
0.012	1.015	0.063	1.090
0.016	1.020	0.066	1.095
0.020	1.025	0.069	1.100
0.024	1.030	0.071	1.105
0.028	1.035	0.074	1.110
0.031	1.040	0.077	1.115
0.035	1.045	0.079	1.120
0.038	1.050	0.082	1.125
0.041	1.055	0.084	1.130
0.045	1.060	0.087	1.135
0.048	1.065	0.089	1.140
0.051	1.070	0.091	1.145
0.054	1.075	0.094	1.150

 

출처:  나사테크

최근 재밌는 제품을 하나 구입했습니다. Swallow DC EQ 라는 충전기인데 10만원초반에 구매 가능하십니다. 그냥 일반적인 라이트 유저들은 관계없지만 DIY에 심취한 분들 라이트를 바주카로 만들고 싶은 분들께는 유용한 아이템이 되겠습니다. 기본적인 기능은 리튬전지 1S ~ 6S까지 충전가능합니다. 충전 전류는 3A max입니다. 뭐 여기까지는 2~3만원짜리 충전기도 제공하는 기능입니다. (물론 전압별로 고정되어 각각 따로 구매해야 하지만) 오늘 제가 이 글에서 다루고자 하는 중요한 성능은 바로 발란서 기능입니다. 아래 사진에 나와 있는게 발란서 커넥터인데 각 셀의 직렬연결단과 연결해 각 bank의 전압을 개별로 컨트롤 가능합니다. 자 여기서 팩작업시의 문제점에 대해 먼저 얘기해보지요.

사진에 나와 있는게 발란서 커넥터인데 각 셀의 직렬연결단과 연결해 각 bank의 전압을 개별로 컨트롤 가능합니다. 자 여기서 팩작업시의 문제점에 대해 먼저 얘기해보지요. 첫째, 밸런싱된셀을 구하기가 힘들다. 예를 들어 3S3P 작업을 한다고 하면 9개의 쌍둥이 셀이 필요합니다. 쌍둥이도 이란성이 아니라 일란성 쌍둥이가 필요하죠. 즉 동일회사 동일용량 동일lot 동일grade 동일SOC (stage of charge) 5가지 조건을 모두 만족해야 합니다. SOC는 편차 0.01V 이내로 컨트롤 할 것을 권장하고 있습니다. 일반인이 상기 5가지 조건을 모두 만족하는 셀을 구하는 것은 사막에서 오락실 찾기입니다. 아, 중국산 셀은 상기 5가지 조건을 모두 만족해도 팩으로 사용 못 합니다. 용량, 사이클 모두 들쑥날쑥합니다. 예를 들어 3000이라 사기치고 실제 용량이 2000이다. 뭐 여기까진 좋습니다. 모든 셀이 고르게 2000이라면. 근데 어떤 놈은 1800도 나오고 어떤 놈은 2400도 나옵니다. 이런 셀로는 절대 팩 작업 하시면 안됩니다. 둘째, 장기 사용시 셀간 편차가 생긴다. 이 부분은 과거 배터리 상식 부분에서 수차례 설명하여 짧게 넘어가겠습니다. 초기 밸런싱이 잘 된 셀들도 사이클이 진행될수록 편차가 생길 수 있습니다. 쌍둥이들이 자라면서 체격조건 성격등이 조금씩 다라지는 것 처럼 셀도 처음엔 아주 마이크로한 차이지만 사이클이 진행되면서 그 차이가 점점 증폭되어 나중엔 큰 차이로 나타나는 것 입니다. 특히 과충전, 과방전시 이 차이는 기하급수적으로 커지게 됩니다. (단 4.1V ~ 3.3V 구간만 사용하시면 편차 발생을 상당부분 줄이실 수 있습니다.) 그리고 개중에 편차로 인한 과충방전을 피할려고 보호배터리를 묶어 팩을 만드시는 분도 계시는데 돈은 돈대로 더 쓰면서 더 위험하면 위험하지 덜 위험하진 않습니다. 중국산 보호회로도 품질 관리가 엉망이라 끊어주는 전압이 일정하지 않습니다. 어떤 놈은 4.15V 어떤 놈은 4.25V 이런 식으로 또 고장도 쉽게 나고 또 방치시 보호회로가 전류를 잡아 먹는데 이게 보호회로마다 들쑥날쑥해서 셀간 편차를 증폭시키는 역할을 합니다. 여기에 강력한 solution이 있으니 발란서가 달린 충전기 입니다. 뭐 이것도 만능은 아니라 병렬로 연결할 셀은 반드시 국산/일산에 상기 5가지 조건을 만족해야 합니다. 어렵긴해도 전체셀의 조건을 맞추는 것 보단 그래도 가능성은 있습니다. 그리고 직렬로 연결할 때는 동일 제품을 사용해야 한다는 것은 변함이 없으나 bank간 imbalance는 어느 정도 허용됩니다. 예를 들어 설명하죠. 국산 2200 6개로 팩을 만듭니다. (2P3S) twin을 구할 수 없어 lot 간 2개씩 3개 lot 입니다. 이 경우 동일 lot 2개를 병렬로 잡아 직렬 연결합니다. 그리고 각 bank (bank는 병렬 1조를 지칭함)에서 리드선을 뺍니다. 사용을 하다보면 셀간 편차가 발생합니다. 충전시 bank 1 4.2V, bank 2 4.1V, bank 3 4.0V 라고 하죠. 그러면 충전을 지속하면서 발란서가 bank 1 및 bank 2를 방전시켜 bank3의 전압에 맞춰줍니다. 즉 발란서가 없는 경우라면 bank 1이 4.2V라도 전체 전압이 12.3V로 완충전압 12.6V에 미치지 못하여 계속 충전이 되지만 발란서에 의해 과충전을 방지해주는 것 입니다. 만약 bank 3의 두 셀이 각 4.2V, 3.8V여서 4.0V가 찍혔다면 이건 도리 없습니다. 때문에 병렬연결이 중요한 것 입니다. 과충전만 따지면 시중에서 파는 보호회로보단 유용성이 월등히 뛰어납니다. 과방전이 문젠데 개인의 테크닉에 맞기겠습니다. 마지막으로 다시 한번 가능한 4.1V ~ 3.3V 구간을 사용하시길 권해 드립니다. 사용시간은 좀 줄지만 수명은 2배 혹은 그 이상 증가합니다.

 

열처리의 종류

열처리의 종류	특성	적용재질
침탄열처리 (CARBURIZING)	침탄은 가공성이 좋은 저합금강을 기계가공한 후 그 표면층의 탄소를 침투확산시켜 고탄소강으로 하고, 그 후에는 담금질하여 표면을 경화시키는처리법이다강이 내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고, 표면층은 내마모성을 유지할 수 있다.	Ni-Cr-Mo강 -SNCM220, 415,420, 439, 630  Cr-Mo강   -SCM415,420,421,430  Ni-Cr강-SNC415, 420, 430 Mn & Mn-Cr강재  - SMn 420, SMnC420  기타 탄소강재
침탄질화열처리 (CARBNITRIDING)	침탄질화는 가공성이 좋은 연강,저탄소강 또는 압연강판재를 가공한후 그 표면층에 탄소 및 질소를 확산 침투시키고,그 후에는 담금질하여 표면을 경화시키는 처리법이다. 강의  내부는 유연한 조직이 그대로 있기 때문에 인성이 높고,표면층은 높은내마모성을 유지할 수 있으며 처리온도가 낮아 담금질왜곡이 적다.	냉간압연강판 -SPCC, SPCD, SPCE 열간압연강판 - SPHC, SPHD, SPHE 저탄소강-S10C, S15C, S20C 쾌삭강재-SUM
소입&소려열처리(QUENCHING& TEMPERING)	강을 담금질 경화하는 경우에는 적량의 C를 함유하는 강이 사용되며, 고온도로 가열한 강을 적정한 속도로 냉각시켜 A1변태를 저지하고 MARTENSITE조직을 얻는 것을 말한다. 소입된 조직은 매우 강하나 BRITTLE한 조직이므로, 적당한 온도로 소려하여 인성이 풍부한 조직을 얻는다.	탄소강-S45C, S50C, S55C 합금재- SCM435,SCM440,SNCM439,    SCr435, SCr440 공구강재 -SK3, SK5, SKS3, SKS5 쾌삭강재-SUM41, SUM42,  SUM43 스프링강재-SUP3, SUP6, SUP9  베어링강재-SUJ1, SUJ2,   SUJ3, SUJ4, SUJ5 주물류-FC, FCD
고주파 소입 & 소려열처리(INDUCTION HARDENING)	고주파 담금질은 가열원으로 피담금질 물체내에 소위 SKIN EFFECT로서 유도된 고주파전류의 쥬울열을 주체로 한 담금질법이다.다른 표면경화법과 다른 점은 자체 경화능이 있는 강재를 사용하여 급속히 표면만을 가열하여 담금질하므로서, 내부는 거의 소재상태로 유지되어 변형이 최소화되며 필요한 부분만 선택적으로 열처리하므로서 원하는 기계적 성질을 얻는 열처리이다	탄소강-S45C, S50C, S55C 합금강-SCM435, SCM440,   SCr435, SCr440 주물류-FC, FCD
연질화, 순질화(SOFT-NITRIDING, NITRIDING)	Fe는 분자상의 N2를 흡수하기는 어려우나 고온에서 NH3 GAS와 접하면 쉽게 N와 화합한다.[NH3 N+3H] 질화처리는 낮은 온도에서 진행되므로 변형이 최소화되며 화합물층은 높은 내마모와 내식성을 갖는다. 질화의 종류는 GAS질화, 액체질화, TUFFTRIDING 등이 있다.	탄소강- 저탄소강, S45C,   S50C, S55C 합금강-SCM435, SCM440,   SCr435, SCr440 주물류-FC, FCD   냉간압연강판재-SPCC,    SPCD   질화강재-SACM645
소둔, 소준(ANNEALING & NORMALIZING)	모든강재를 다양한 목적을 얻기 위하여 적정한 온도로 가열한 후 적정한 속도로 냉각하는 열처리방법이다.소둔에서는 주로 응력제거 및 연화목적으로 처리하며, 응력제거소둔, 연화소둔, 완전소둔, 구상화소둔, 등온소둔, 확산소둔 등이 있다.소준에서는 주로 금속조직을 개선시켜 기계적 성질을 향상 시키는데 목적이 있으며, 보통소준, 2단소준, 등온소준, 이중소준 등이 있다.	모든 강재 주물류
진공소입소려(VACUUM QUENCHING & TEMPERING)	합금공강재, 고속도공구강재, MARTENSITE계 SUS강봉을 무산화분위기에서 가열하여 적정한 냉각소고도로 냉각하여 높은 경도의 MARTENSITE 조직을 얻는 열처리이다.무산화분위기이므로 표면에 침탄, 탈탄이 없으며, 가압형으로 냉각속도제어가 가능하다.	합금공구강재 -SKD11종류,  SKD61종류 고속도공구강재 -SKH51, SKH55  SUS강재-MARTENSITE계  열(SUS410, SUS416,   SUS420, SUS420J2,  SUS440)
고용화열처리(SOLUTION HEAT TREATMENT)	특수강재나 석출경화계 SUS의 경우에 적용하는 열처리로 고용화온도까지 가열하고 그 온도에서 충분히 성분금속을 고용한 후 급냉하여 과포화고용체를 얻는 방법이다.AUSTENITE계 SUS의 경우는 1000℃ 이상 가열하여 ANNEALING을 행하여 급냉하므로서 고용체를 상온까지 그대로 지속되게 하는 열처리이다.	특수강재-INCONEL, HASTELLOY  SUS강재-석출경화형  (SUS630, SUS631)  SUS강재-AUSTENITE계열  (SUS304, SUS310S,  SUS316)
시효경화 열처리(AGING HEAT TREATMENT)	과포화고용체를 일정한 온도로 가열, 유지하여 강도를 높여주는 상(PHASE)이 석출하게 하여 합금의 경도를 높이는 열처리방법이다.특히 베릴륨동중 고강도계통 2원계에서 주로 나타난다	BE-CU재-C17200, 17000,   C17510, C17300 SUS강재-석출경화형  (SUS630, SUS631) SUS강재-AUSTENITE계열  (SUS304, SUS310S,  SUS316)