Transcript 기계구조용강

5. 기계구조 용 저 합 금 강
기계의 주요 부분에 사용되는 재료로 C 0.5% 정도로 억제하고
강도, 인성 , 가공성을 향상 시키기 위하여 합금원소 첨가
◑특성
명칭
기호
용도
Ni-Cr
SNC415
기어,핀,축 류
Ni-Cr-Mo
SNCM220
기어, 축 류
Cr
SCr415
캠 축, 핀
Cr-Mo
SCM415
기어,핀,축 류. 피스톤 핀
Mn
SMn420
기어,축 류
Mn-Cr
SMnC420
기어,축 류
가. 특수강의 분류
(1) 원소별 특수강: 첨가 원소의 종류에 의한 원소별 특수강과 사용되는
용도에 따른 용도별 특수강(특수 목적용 특수강)으로 분류
(가) 강인 강 : 구조용으로 많이 사용
-Ni강
-Cr강
-Ni-Cr강
-Ni-Cr-Mo강
-Cr-Mo강
-Mn-Cr강
-Cr-Mn-Si강
-Ti강
-Mn강( Ducol강, Hardfield강 )
(나) 표면 경화용 강 : 침 탄 용 강, 질 화 용 강
(다) 스프링 강, 쾌 삭 강( Free Cutting Steel ) 등
(1) 니켈 (Ni) 강
Ni를 첨가한 강으로 강도, 경도, 내마모성, 내식성이 우수하고, 결정 립이
미세화 되어 인성을 해치지 않고 강도, 경도가 증가되며 자기경화
(Self Hardening)이 된다.
⊙저Ni 펄라이트 강 : 침탄한 차축, 치차, 체인, 스핀들, 저널, 크랭크
⊙고Ni 펄라이트 강 : 기관용 밸브, 스핀들, 보이러 관
(2) 크롬(SCr)강
Cr4C2가 형성되어 경도, 내마모성이 크고 내식성이 좋으며,
자경성이 있고, 조직이 미세화 되어 강인하다
⊙ 차축,공구 강, 베어링, 롤러, 다이스, 줄, 표면경화 용접, 단접 어려움
⊙ 담금질 : 830-880℃
⊙ 뜨임 : 150-200℃ (후 급 냉)
(3) Ni-Cr강 (SNC)
Ni에 의한 강도 증가, Cr에 의한 경도 증가 현상 연율 과,
단면 수축 률 이 감소되지 않으면서 경도가 증가 질량 효과
가 적어 내부까지 균일하게 담금질 할 수 있으며, 내마모성
내식성, 고온에서의 기계적 성질이 우수 H2에 의한 Hair
Crack의 발생
⊙ 0.32-0.4% C, 0.5-1% Cr, 1-3.5% Ni
⊙ 뜨임 취 성 550℃
⊙ 봉, 판, 선재, 관, 단조품, 군사용, 기어, 피스톤, 캠, 롤러,크랭크 축
(4) Ni-Cr-Mo강 (SNCM)
Ni-Cr강에 Mo(1%)를 첨가한 강으로 질량효과를 감소시켜
열처리 효과 증가 및 균일한 담금질 조직을 얻어 기계적
성질, 내열성 점성이 좋아 고온가공이 용이하고 Scale의
분리가 잘되어 표면이 양호
⊙0.3-0.7% Mo
⊙crank shift, 터빈날개, gear, shift , bearing, bolt, nut
(5) Cr-Mo강 (SCM)
Ni-Cr강의 Ni을 Mn으로 치환한 강으로 담금질이 용이하고,
뜨임 취 성 이 적으며, 열간 가공성,용접성, 표면도을 개선
한 강( Mo의 양은 Ni양의 1/10로 충분 )
⊙gear, bolt,nut,arm, crank shift
(6) Mn 강(SMn)
(6-1) Ducol강 (Pearlite Mn강, 저 망간강)
Mn
(1-2%)를
함유한 강으로 연신율이 저하되지 않고,
경도, 용접성이 양호
⊙ 건축, 교량, 토목 등의 일반 구조용
(6-2) Hard Field강 (Austenite Mn강, 고 망간강)
Mn
(10-14%)를
첨가한 강으로 Rail의 교차로, 광산기계등
의 내마모성이 요구되는 곳에 쓰이며, 서냉하면 탄화물이
생겨 취성이 커 절삭가공 곤란하나 급 냉하면 Austenite
조직이 발생하여 절삭이 가능
⊙ 고온 취 성 1000-1100℃ (수인 법으로
⊙ 내 마모용 치차, 레일 등
인성 부여)
(7) Mn-Cr강(SMnC)
Ni-Cr강의 Ni대신 Mn으로 치환한 강으로 질량 효과가
크며, 인성은 크나 강도가 감소
(8) Cr-Mn-Si강 (크 로 만실 : Chromansil)
⊙ 값과 기계적 성질이 비교적 우수
⊙ 굽힘, 프레스가공, 나사, 리 벳, 단조용 각종 축
(9) Mo강
(0.15-0.8%)첨가 강도, 탄성한도 증가, 뜨임 취성의 감소로
내마모성 증대, 단련, 압연, 용접성을 개선한 강
⊙ 침탄재, 치차, 베어링, 단조 재, 군사용, 항공기
⊙ 자석강(1.6-2.5%)
(10) B강
(0.02-0.05%)를 첨가한 강으로 담금질 경화능을
(Mn, Ni, Cr, Mo) 를
⊙ 마모 재료
첨가한 것보다 개선한 강
(11) Ti강
내식성, 고온저항이 크고 황산, 염산에 침식되나 회석 된
염산, 질산에 강하다
⊙ 편 석 방지 : O, H, N제거
⊙ 고온경도 : C, B, Si첨가
⊙초 강력 내열합금(제트엔진) 및 영구자석
(12) 고 장력강
인성, 용접성, 내구성 향상 건축, 토목 ,선박, 화학설비
압력용기, 각종 산업기계의 용접반구조용
(13) Spring강
Mn, Cr, V, Si 등을 첨가하여 탄성한도, 피로한도,
항복강도가 우수하고, 영구변형이 적으며, 급격한
진동 완화 및 에너지 축적을 좋게 한 강
6. 압력용기 용 강
사용 온도
(℃)
재
료
<350
연강,Si- Mn 강 ,HT,Mn-Mo강
350-450
C-Mo강 , Mn-Mo강, Mn-Mo-Ni강
450-500
C-Mo강 , 2.25Cr-1Mo강
500-550
1Cr-0.5 Mo강, 1.25Cr-0.5Mo강, 2.25Cr-1Mo강
550-600
2.25Cr-1Mo강,오 스 테 나이트계 스 테 인 레 스 강
>600
오 스 테 나이트계 스 테 인 레 스 강
비고
보일러
압력용기
7. 표면 경화용 강
가. 표면 경화용 강의 정의
부품표면의 내마모성 및 경화성이 요구되는 경우
경화 법 :
⊙ 침 탐 법(Carburizing)
⊙ 질 화법(HSC, Solid carburizing)
⊙ 표면 담금질 법
나. 침 탄 경화 강(case hardening steel)
재료의 표면 층을 침탄한 후 열처리하여 경화
명칭
기호
용도
비고
탄소강
SM
캠, 피스톤
Ni-Cr
SNC
기어, 축, 피스톤
Ni-Cr-M0
SNCM
기어
-대형제품 부적합
Cr
SCr
캠, 피스톤
-소형, 두께 얇은 것
Cr-M0
SCM
축, 암
-깊이 2mm이내
Mn
SMn
기어, 축
Mn-Cr
SMnC
기어, 축
1) 침 탄 법 (Carburizing)
저탄소강(C0.08-0.2%)의 표면에 탄소를 침투시켜 고 탄소강의
상태로 만들어 경화하는 표면경화 법
(1) 고체 침 탄 법(HSC, Solid carburizing)
목탄, 골탄, 혁탄 등의 침탄제와 BaCO3, NaCl등의 혼합물 을 밀폐한
철재 상자에 넣고, 900-950℃로 20-30 시간 가열 . 확산시켜
침탄하는 표면경화 법(HRc 50)
(2) 가스 침 탄 법(HCG, gas carburizing)
CO2, CO, CH4, C2H6, C3H8 등의 가스를 이용하여 침탄하는 방법
(3) 액체 침 탄 법(HCG, gas carburizing) : 침탄질화법, 청화법
CN화합물(KCN, NaCN)과 NaCl, KCl, NaCO3, K2CO3,
BaCl2, BaCO3 등의 탄, 질화제로 강의 표면에
탄소와 질소를 침투하는 표면경화
(4)질 화 법 (HSC, Solid carburizing)
강을 NH3 기류 중에서 500-550℃로 장시간 가열하여
표면에 질소(N)를 침투시켜 Fe2N, Fe4N의 질소화합물을
만드는 경화법
2) 물리적 표면 경화법
고 탄소강을 가열 냉각하는 속도를 조절하여 표면만을 경화하는 법
(2-1)고주파 유도 경화 법
(Induction hardening)
유도 2차 전류에 의해 강의 표면을 급속 가열 (수초) 후
급 냉하여 강의 표면만을 경화하는 방법
⊙ 경화 깊이 1mm일 때
= 60,000주파수와 60㎑
(2-2) 화염 경화 법(HQF, flame hardening)
⊙ 산소-아세틸렌 불꽃으로 강의 표면을 급속 가열한 후 물로 급냉하여 경화
⊙ 가열 시간이 짧고, Energy가 절약되며, 변형, 산화, 탈탄의 염려가 적으며,
국부담금질이 가능하고 값이 싸 경제적(대형 금형)
⊙ 단점: 가열온도의 조절이 어렵다
(2-3)방전 경화 법(Spark hardening)
흑연 봉(+극), WC, Tic(-극) : 공작물 표면 경화
초경합금의 표면에 WC, Tic 방전 융착
3)표면 처리
강의 표면에 특수 금속을 침투하거나 특수처리를 하여 합금 층이나
피복 층을 얻어 경도, 내식성, 내산성 등을 증가하기 위한 처리
(1) 금속 침투법(Cementation)
가) 크로마이징(Chromizing) 1000~1400℃
: 강의 표면에 Cr을 침투하여 내식성, 내산성, 내마모성 증가
나) 칼로라이징(Calorizing)
900~1050℃
: 강 표면에 Al을 침투시켜 내식성, 내 Scale성 증가
다) 세라다이징(Sheradizing)
320~420℃
: Zn을 침투 내식성 증가
라) 보로나이징(Boronizing) : 강의 표면에 용융 전해로 B를 침투하여 경도 증가
마) 실리코나이징(Siliconizing) : Si를 첨가 내산성 증가
8. 쾌삭강 (Free Cutting steel)
강도가 요구되지 않는 정밀 부품 제작에 쓰이며
1) 유황쾌삭강(resulfurized free cutting carbon steel)
S를 첨가(FeS + MnS) 절삭성 향상
2) 유황 복합쾌삭강(leaded free cutting steel) : 납 쾌삭강
Pb를 결정 입계에 석출시켜 가공 면을 아름답게