경화능

경화능(hardenability)은 금속을 열처리한 후 표면으로부터 얼마의 깊이까지 단단해지는지를 나타내는 지표이다. 담금질에 의해 조직이 마텐자이트(Martensite)로 경화하는 성능이다. 탄소함유량, 합금원소, 질량효과 등이 경화능을 결정한다.

주요인자

경화능에 영향을 미치는 가장 큰 인자는 탄소함유량이다. 경화능은 탄소함량이 0.8%일 때까지 증가하는 경향이 있다.

저탄소강 또는 중탄소강에 합금 원소를 첨가하면 경화능이 좋아진다. 합금 원소에는 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등이 있다.

질량 효과 또한 경화능 성능을 좌우한다. 열처리 대상물의 형상과 크기에 따라 표면과 중심부 온도차에 의해 기계적 성질이 영향을 받는다. 질량 효과가 크다는 것은 표면과 내부 조직의 온도 차이가 크기 때문에 냉각속도가 불균일하게 되어 담금질 효과가 작다는 것을 의미한다.

결정립이 크면 경화능을 향상시키는 반면에 결정입계에서 크랙이 발생하는 단점이 있다. 결정립 크기는 딥드로잉(Deep drawing) 가공 효율에 영향을 미친다.

열처리 온도까지 도달한 후 균질화하는데 소요되는 가열유지시간이 너무 짧으면 합금 원소의 원자 움직임이 활발하지 못해서 경화능을 저해한다. 경화능 향상을 위해서는 냉각속도를 빠르게 해야 한다. 초고속 냉각인 심냉처리는 경도를 균일화하고 증가시킨다.

담금질 열처리에서는 탄소함유량, 합금 원소, 질량 효과, 결정립 크기, 가열온도와 시간의 유지, 냉각속도를 최적 조건으로 설정해야 원하는 품질의 기계적 특성 및 경도와 강도를 얻을 수 있다.