유도 경화는 강철의 경도를 높이기 위해 현대 공장에서 일반적으로 사용되는 방법입니다. 유도 가열은 강철 부품의 표면을 가열하여 결정 구조를 변화시킬 수 있습니다. 아래에서 유도 경화가 강철의 경도를 높이는 방법을 알아보세요.
유도 경화 소개
유도 경화는 금속에 필요한 물리적, 기계적, 화학적 특성을 맞춤화하는 널리 사용되는 열처리 방법 중 하나입니다. 전자기 유도를 사용하여 부품을 가열합니다. 유도 경화 공정은 전자기 유도를 사용하여 나선형 코일(인덕션 코일) 내부의 작업 부품을 가열하고 즉시 냉각하는 방식으로 진행됩니다. 전원(AC)이 와전류를 생성하여 열처리 공정에 필요한 온도를 높이는 데 필요한 열을 발생시킵니다. 가열된 부품은 가열 시스템과 연결된 물 분사 메커니즘에 의해 빠르게 냉각(냉각)됩니다. 그러나 냉각제는 물, 공기 또는 오일일 수 있습니다.
강철의 유도 경화
강철 경화에는 기계적 특성을 개선하기 위한 야금학적 변화가 수반됩니다. 유도 경화 공정은 섭씨 880~1050도에서 강철을 가열한 후 빠르게 냉각하는 과정을 거칩니다. 강철의 극심한 온도 상승은 미세 구조의 변화로 이어져 경도를 높입니다. 빠른 담금질 공정은 미세 구조 변화를 안정화시킵니다. 유도 가열은 효과적인 경화를 위해 부품 전체에 균일성을 제공합니다. 정확한 가열 패턴은 비교적 차갑고 안정적인 코어를 형성하는 데 도움이 됩니다.
유도 경화 중 강철의 경도를 높입니다.
강철의 유도 경화에는 전자기, 열 전달, 야금학적 변화라는 세 가지 뚜렷한 현상이 포함됩니다. 강철 부품을 유도 코일에 넣고 교류(AC)를 공급하면 표면에 교류 자기장이 발생하여 와전류가 생성됩니다. 와전류는 강철 부품의 가열을 담당합니다. 임계 온도(7240℃)에 도달하면 그 특성이 크게 변합니다. 강철의 유도 경화 중에 발생하는 두 가지 중요한 변화에 대해 알아보겠습니다:
- 오스테나이트
원래 입자의 한계 내에서 결정학적 방향의 변화는 강철의 오스테나이트 변형으로 인해 발생합니다. 오스테나이트는 더 조밀한 패킹 패턴을 나타내는 FCC 결정 구조를 포함합니다. 패킹 패턴이 조밀해지면 결정 구조에 빈 공간이 생겨 간극 탄소 원자가 들어갈 수 있습니다. 탄소 용해도가 높을수록
- 마텐사이트
마르텐사이트 형성은 초고온 강철의 즉각적인 냉각과 관련이 있습니다 (<10000 C )(Guterres, 2022). 즉각적인 냉각이 확산을 방지하기 때문에 철 원자 사이의 공간에 탄소 원자가 갇히게 됩니다. 오스테나이트와 마르텐사이트로의 시간적 변형을 통해 강철은 결정 구조를 변화시킵니다. 또한 탄소 함량이 더 많은 조밀한 패킹 패턴으로 안정화되어 원래의 경도가 증가합니다. 달성된 경도 값은 탄소 함량에 따라 달라집니다.
강철의 경도에 따른 유도 경화 효과
유도 경화에 의해 경도가 어떻게 영향을 받는지 알아보기 전에 몇 가지 중요한 용어를 이해해 보겠습니다.
| 약관 | 설명 |
|---|---|
| 결정과 결정립 | 결정은 원자가 주기적인 패턴으로 반복적으로 배열된 것을 말하며, 결정립은 각 결정립 경계에 의해 분리된 결정의 집합체입니다. |
| BCC | 몸체 중심 결정 구조는 큐브의 중심과 8개의 모서리에 있는 원자의 배열을 말하며, 각 모서리는 다른 큐브의 모서리와 공유됩니다. |
| FCC | FCC에서는 큐브의 각 모서리에 8개의 원자가 배치되고, 각 면의 중앙에 1개가 남아 인접한 면과 공유됩니다. |
힘이 가해지면 알갱이는 서로 에너지를 전달합니다. 힘이 너무 크면 힘을 전달하는 동안 입자 경계가 미끄러져 변형이 일어납니다. 경도는 변형에 저항하는 능력이기 때문에 경화 과정을 통해 변형에 저항하는 강도를 더 높입니다. 열을 가하면 강철의 결정 구조가 BCC에서 FCC로 바뀌는데, 이때 중심에 있는 철 원자가 밖으로 이동하고 그 사이에 간극 공간이 생깁니다. 탄소 원자가 입자 사이에 끼어들어 더욱 촘촘하고 밀도가 높은 패턴이 만들어집니다. 유도 경화기의 즉각적인 냉각은 구조 변화를 안정화하여 에너지를 훨씬 더 잘 흡수할 수 있도록 합니다. 또한 입자가 작을수록 경계 위치에서 미끄러지는 데 더 많은 에너지가 필요합니다.
인덕션 경화의 장점
강철의 유도 경화는 기계적 특성을 개선하여 간단한 공구 및 주방용품부터 고급 자동차 부품에 이르기까지 다양한 응용 분야에 적합합니다.
- 뛰어난 내마모성
유도가열로 경도가 높아지면 자동으로 내마모성이 향상됩니다. 내부 구조의 견고함으로 인해 단단한 강철이 재료 표면의 마모를 방지합니다.
- 최소 뒤틀림
유도 경화와 다른 기존 경화 방식을 비교한다고 가정해 보겠습니다. 균일한 가열은 뒤틀림 시나리오를 극적으로 변화시킵니다. 뒤틀림이 매우 낮아지고 물성의 기능에 미치는 영향은 무시할 수 있을 정도입니다.
- 특정 경도 수준
유도 경화를 사용하면 특정 수준의 경도를 쉽게 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 휠은 기능을 충족하기 위해 특정 경도 수준이 필요합니다. 이 경우 강철을 예열하여 필요한 경도 수준을 얻을 수 있습니다.
- 힘
경화된 부분이 코어보다 더 많은 부피를 차지하기 때문에 강철의 압축 강도가 크게 증가하고, 경도가 높아지면 기계적 강도가 높아져 강철의 피로 수명도 향상됩니다. 그럼에도 불구하고 강철의 경도를 높이는 것이 유도 경화의 가장 큰 장점이며, 이는 여러 산업 분야에서 우수합니다. 암석 분쇄기, 차축, 기어, 샤프트, 건물 빔 및 기타 여러 응용 분야에는 경질 강철이 필요합니다.
자주 묻는 질문
유도 경화는 강철의 경도를 어떻게 개선하나요?
유도 코일로 강철을 가열하면 오스테나이트와 마르텐사이트의 두 가지 변형을 거칩니다. 이러한 변형으로 인한 내부 구조 변화는 강철을 더욱 단단하게 만듭니다.
강철 유도 경화의 장점은 무엇인가요?
가장 큰 장점은 경도와 기계적 강도가 증가한다는 점입니다. 마모를 방지하여 부품의 수명을 연장하고 다양한 응용 분야에서 다른 기능적 이점을 제공합니다.
유도 경화 결과에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?
필요한 경도 수준, 작업자의 숙련도, 유도 경화 기술 등 세 가지 요소가 있습니다. 자동화된 최첨단 유도 경화 장비를 활용하면 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.
