기본열처리 - 노말라이징 (Normalizing, 불림, 소준)

<구분>

• 기본 열처리
  • 담금질  (Quenching) 
  • 뜨임 (Tempering)
  • 풀림, 소둔 (Annealing) 
    • 완전소둔 (Full Annealing)
    • 구상화 소둔 (Sphericidizing Annealing)
    • 재결정 소둔 (Recrystallization Annealing)
    • 응력제거 소둔 (Stress Relief Annealing)
    • 균질화 소둔 (Homogenizing Annealing)
  • 불림 (Normalizing) ★

<기출>

• 22-2-6 강의 열처리 방법 중 불림(Normalizing)과 풀림(Annealing)을 비교하여 설명하시오
• 18-3-5 강의 열처리 방법 중 불림(normalizing)과 풀림(annealing)을 비교하여 설명하고, 각 각의 열처리 목적을 설명하시오.
• 16-4-1 강을 강화시키는 열처리와 연화시키는 열처리에 대하여 설명하시오.

1. 개요

 

1) 불림 (Normalizing) 정의

 강을 표준 상태로 하기 위한 열처리 조작
가공으로 인한 조직의 불균일을 제거하고 결정립을 미세화 시켜 기계적 성질을 향상시킨다 

어닐링 온도 영역 구분

 

[열처리|금속재료, 2023] Fe-C계 평형상태도에서 공석반응(eutectoid reaction)과 공정반응(eutectic reaction)

기본열처리 - 담금질 (Quenching)

 

2) 불림 (Normalizing) 공정

• 아공석강 (C 0.025~0.77%) : A3 변태점 + 약 50도 높은 온도로 가열하여, 오스테나이트화 후 조용한 공기 혹은 교반시킨 공기 중에서 냉각 (공냉)
• 과공석강 (C 0.77% ~ 2%) : Acm 변태점 + 약 50도 높은 온도로 가열하여, 오스테나이트화 후 조용한 공기 혹은 교반시킨 공기 중에서 냉각 (공냉)

불림 온도영역

3) 불림 (Normalizing) 원리

• 노말라이징은 탄소강을 A3, Acm 온도 이상으로 가열시켜 오스테나이트화 한 후 상온으로 서서히 공랭시켜 펄라이트 조직으로 만드는 것 (강의 표준화 조직) 
• 아공석강에서는 초석 페라이트와 펄라이트 조직이 생성됨
• 탄소량이 많은 과공석강에서는 미세 초석 시멘타이트와 펄라이트 조직이 생성됨 

불림 후 강의 표준 조직

4) 불림 (Normalizing) 특징 / 목적

• 주조 조직을 미세화한다 (조대한 펄라이트 결정 → 미세 펄라이트 조직)
• 냉간 가공, 단조 또는 급랭에 의한 내부 응력 제거 
• 기계적 성질, 물리적 성질을 고르게 함 
• 탄소 0.2 ~ 0.3% 정도의 탄소강에서는 노말라이징을 한 조직이 구상화 열처리 후 조직보다 가공이 용이하다 
• 냉각속도가 바르면 더 많은 펄라이트가 형성되고 층상은 미세해져서 간격이 좁아짐
  펄라이트 양이 증가 / 미세 펄라이트는 강도와 경도 증가 
  냉각속도가 느리면 연한 조직이 생김 
• 제품이 Ar1 온도 이하로 균일하게 냉각되면 냉각시간 감소를 위해 수냉 or 유냉한다 
• 탄소강은 피절삭성과 기계적 성질이 향상되며, 망상 시멘타이트가 제거 됨 
• 합금강은 퀜칭 전 노말라이징하여 재질을 균질화해야함 

온도에 따른 조직 크기 차이. 온도가 높으면 결정립이 조대화된다

 

2. 노말라이징 분류 

 

1) 보통 노말라이징 (Conventional Normalizing)

Ac3, Acm 선 + 50도까지 가열한 다음, 두께 25mm당 1시간 정도 항온 유지 후 공랭 

• 일반적인 노말라이징

일반적인 노말라이징, NCS 학습모듈

 

 

2) 항온 노말라이징 (isothermal normalizing)

항온변태곡선 (TTT선도)의 코 부근 온도인 550도 열욕에 냉각시켜 항온 변태시킨 후 상온까지 공랭시키는 방법

• 저탄소 합금강의 피적삭성 향상 처리를 위해 주로 사용됨 

항온 노말라이징, NCS

 

 

3) 이중 노말라이징 (Double normalizing)

먼저 높은 온도인 930도로 가열한 후 공랭하여 내부 편석을 균질화 하고, 2회때는 Ac3온도에 가까운 820도에서 공랭하여 초기 노말라이징 효과를 해치지 않고 최종 펄라이트 결정립 크기를 미세화 시키는 공정
강인성 요구 제품에 사용 (자동차 차축) 

 

 

3. 노말라이징과 어닐링 비교 (불림, 풀림)

 

1) 노말라이징 / 어닐링 목적의 차이

비슷한데 목적의 차이가 있음 
어닐링은 내부 응력 제거 맟 조직 미세화, 부품 연화에 초점이 있다.
풀림, 소둔이라는 단어에 맞게 경도를 낮추고 응력 제거가 주 목적인 공정인 것

노말라이징은 표준화, 일반화, 정규화의 뜻을 가지고 있다 (일본으로 소준)
 밥을 불려먹는 것 처럼, (불리지 않고 밥을 지으면 맛이 떨어짐) 탄소강 혹은 합금강의 강화를 위해 Q&T처리가 거의 필수적으로 들어가는데 그 전에 소재의 상태가 균일하지 않은 문제를 해소하여 모두 균일한 결정입도의 상태로 만들어주는 것에 그 목표가 있음
 (불림처리 후 Q&T하여 가공하면 정밀도 측면에서 굉장히 유리함) 
  따라서 균질화처리, 조직 표준화가 주 목적인 것이고 이게 어닐링과의 가장 큰 차이점이다 

(1) 어닐링 목적 

• 금속을 연화시켜서 가공성을 증대시킴
• 조직을 균질화, 미세화, 표준화 함
• 가스 및 불순물의 방출과 확산을 일으키고 내부 응력을 제거한다 

(2) 노말라이징 목적 

• 주조 조직을 미세화한다 (조대한 펄라이트 결정 → 미세 펄라이트 조직)
• 냉간 가공, 단조 또는 급랭에 의한 내부 응력 제거 
• 기계적 성질, 물리적 성질을 고르게 한다 : 균질화처리
• 탄소 0.2 ~ 0.3% 정도의 탄소강에서는 노말라이징을 한 조직이 구상화 열처리 후 조직보다 가공이 용이함
• 조직을 표준화한다 

2) 노말라이징 / 어닐링 공정의 차이 (열처리 온도, 시간 등)

노말라이징 온도

 

2024.02.21 - [Mechanical Engineering Study/열처리 | 금속재료] - 기본열처리 - 풀림(Annealing), 소둔