[기술]구상화 소둔(Spheroidizing Annealing)_간단 정리 왜? 어떻게?

구상화 소둔 혹은 구상화 열처리란 용어가 산업계에서 자주 사용된다. 왜 이런 절차를 행하고 어떤 변화가 일어나는지 포스팅한다. 

• Why 왜?

금속을 현미경으로 자세히 보면 다양한 조직으로 구성되어 있다. 가장 기본적인 성분은 탄소다. 탄소가 얼마나 포함되어 있는가에 따라 철은 고온에서 저온으로 온도가 하락하며 조직이 변한다. 이를 잘 표현한 것이 탄소 함유량에 따라 정리한 철의 상태도다. 아래 그림과 같다. 

상태도 (출처: Wikimedia Commons)

우리가 주로 철이라고 하면 Steel로 표시된 탄소 함유량이 2퍼센트 미만의 영역이다. 그러면 이제 왜 열처리를 하는지 더 나아가보자. 

탄소의 함유량에 따라 펄라이트(pearlite)를 구성하는 층상시멘타이트(Fe3C)나 망상으로 나타나는 초석시멘타이트가 그대로 존재하면 기계가공성이 나빠지고 담금질(Quenching) 열처리 시 균열이나 변형을 초래하기 쉽다. 그러므로 소성가공이나 절삭가공을 쉽게 하기 위해서 소재의 기계적 성질을 개선하기 위해 탄화물을 구상화시키는 열처리인 '구상화 소둔'을 실시한다.

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• How 어떻게?

펄라이트에서 층상조직이나 망상으로 되어 있던 시멘타이트가 구상화된다. 그러면 단단한 시멘타이트로 구분되어 있던 페라이트 조직들이 서로 연결된다. 구상화 소둔시간이 길어지면서 구상이 된 시멘타이트는 서로 응집하면서 커지고 입자수가 감소한다. 따라서 연하고 연성이 좋은 페라이트의 연속성은 더욱 좋아진다. 결과적으로 시멘타이트의 특성이 감소하고 페라이트의 특성이 증가하며 경도는 저하되고 소성 및 절삭 가공성이 좋아지는 것이다.