QT금속조직
01 QT (퀀칭-템퍼링) 금속조직
마르텐사이트는 오스테나이트의 C농도를 그대로 계승하여 실온에서는 bct(체심정방정)구조의 단상조직으로
되어 있다. 즉, 상태도에서 지시되고 있는 α+Fe3C의 2상 조직은 아니다.
다시 말하면 이 조직은 불안정하며 퀜칭한 상태로 방치하면 자력으로 안정된 평형조직에 근접하려고 한다.
이 현상을 “퀜칭시효”라 하며, 경도와 형상에 변화를 가져오고 심할 때는 균열이 발생한다.
그 원인은 실온에서 C의 확산이 서서히 진행하는 데에 있다. 한편 가열에 의해 마르텐사이트의 분해를
가속하여 α+Fe3C의 평형조직으로 바꾸는 조작을 템퍼링이라 한다. 이 경우 양자의 혼합형태는 연속 냉각한
것과는 달리 그 특징에 따라 이름 붙여진 일련의 템퍼링조직으로 존재한다.
「템퍼드-마르텐사이트」 조직은 과공석강에 사용된다.
약 250℃까지의 저온 템퍼링에 의해 생기는 조직을 「템퍼드 마르텐사이트」라 부른다.
조직적으로는 마르텐사이트의 침상정의 특징이 그대로 남아 있으므로 이렇게 불린다.
석출 탄화물은 Fe2～2.5C란 조성을 가지며, ε탄화물이라 불린다.
이 조성은 템퍼링 온도에 의해 변하며, 최종적으로는 시멘타이트로 변화한다.
이러한 탄화물을 총칭하여 천이탄화물이라 한다.
ε탄화물은 지극히 미세하며 광학현미경으로는 보이지 않는다.
저온 템퍼링은 내마모성 등 경도를 중요시하는 부품에 적용되는 조작이며, 대상 강종은 과공석강이다.
따라서 이 경우 광학현미경 조작 중에는 다수의 시멘타이트 입자가 확인되지만
이것은 고용화 열처리의 시점에서 이미 존재하고 있던 미용해 탄화물이며 ε탄화물은 아니다.
「트루스타이트」 조직은 스프링강에 이용된다.
약 400℃의 템퍼링에서 생긴 극히 부식되기 쉬운 조직을「트루스타이트」라 부른다.
저온 측에서 발생한 ε탄화물은 일단 모상(母相) 속으로 용입되어 다른 새로운 곳에 미립의 시멘타이트
를 석출한다. 그러나 이 단계에서도 광학현미경으로는 시멘타이트를 판별할 수 없다.
이 정도의 온도가 되면 Fe의 자기확산이 가능해지므로 조직에도 근본적인 변화가 나타난다.
즉, 퀜칭에 의해 무리하게 생긴 bct구조는 변형이 적은 bcc구조로 변화하고 그것에 수반하여 침상의
마르텐사이트 정(晶)은 붕괴되어간다.
어떤 종류의 합금강에서는 트루스타이트가 생성되는 중간온도에서 템퍼링 취성이라 불리는 현상이
발생하고 재결정에 의해 등축인 페라이트 조직으로 변화해가므로 통상 이러한 조직이 이용되는 일은
적다. 그러나 탄소강은 템퍼링 취성의 영향을 받기 어려워 스프링강의 열처리 등에 종종 이용된다.
「소르바이트」 조직은 기계구조용강에 최적이다.
약 600℃ 이상의 템퍼링에 의해 생긴 조직을 「소르바이트」라 부르며, 잘 발달한 등축 페라이트 중에 미세한 구상 시멘타이트가 분산된 상태이다.
이 범위의 온도에서 행하는 템퍼링을 고온 템퍼링이라 한다. 소르바이트 조직은 적당한 강도와 뛰어난 충격인성을 갖고 있으며 기계구조용강에
요구되는 가혹한 사용조건에 견딜 수 있다. 페라이트-펄라이트 조직과 소르바이트 조직의 충격 특성을 비교하면, 페라이트- 펄라이트 조직은 연하므로 연성(延性)이 풍부하고, 실온부근에서의 흡수 에너지는 때로 30kgf
-m을 넘는 경우가 있다.
그러나 파면 천이 온도는 -10～-20℃로 의외로 높고, 취성파괴를 일으키기 쉽다.
이 경향은 고온에서 변태가 완료하여 초석 페라이트가 poligonal상(6각형)으로 발달한 조직일수록 현저하다. 이것에 대해
소르바이트 조직은 비교적 강도나 경도가 높고, 연성영역에서의 흡수 에너지값은 조금 낮으나 파면 천이온도는 -100～ 120℃로 극히 낮다.
이것은 소르바이트가 마르텐사이트 중에 형성된 bundle이라 불리는 결정단위를 기반으로 발달하기 때문이라고 생각되고 있다.
따라서 뛰어난 기계적 성질이 요구되는 기계구조용강에서는 소르바이트 조직을 얻기 위해 퀜칭, 템퍼링이 필수적인 열처리가 된다.
한편 다리나 건축물 등에 사용되는 일반구조물용강은 무엇보다도 용접성이 최우선 조건인데 용접성은 경화능과는 상반되는 성질이므로,
C%는 낮게 선택하고 페라이트ㆍ펄라이트 조직을 갖게 한다.