표면 경화강과 열처리 경도

주의 : SS41 은 통상 열처리를 하지 않음. (뒤장 참고>

설계 도면 지시 시 올바른 대체 재질 선정 가이드

부품의 내마모성을 높이거나 강인성이 필요하여 열처리를 해야만 하는 상황이라면, SS41을 억지로 열처리하려 하지 말고 처음부터 열처리에 적합한 재질로 변경하여 설계해야 합니다.

열처리 주의 사항

SS41 (현 KS규격: SS400) 재질의 열처리 불가 사유

SS41은 일반 구조용 압연 강재로서 도면 지시 시 열처리를 지시해서는 안 되는 강종입니다.
설계 시 다음 사항을 주의해야 합니다.

• 탄소 함량 부족: 탄소(C) 함유량이 0.2% 이하인 저탄소강이므로, 고온 가열 후 급랭(담금질)하더라도 마르텐사이트 조직이 형성되지 않아 경도가 상승하지 않습니다.
• 용도 부적합: 강도나 내마모성보다는 용접성 및 가공성이 중요한 구조물(브라켓, 베이스 플레이트, 단순 커버 등)에 사용하는 재질입니다.

Note
SS41 도면에 '조질처리' 또는 '고주파 소입' 등을 지시하는 것은 현장 가공이 불가능한
명백한 설계 오류입니다.

현장 열처리 용어 혼동 주의 (조질 vs 풀림)

현장에서 한자어 '조질(調質)'의 뜻을 '재질을 고르게 푼다'는 의미로 오해하여,
응력제거 풀림이나 불림과 혼동하는 사례가 빈번합니다.
도면 출도 전 설계 의도에 맞는 정확한 용어와 영문 표기를 병기하여 오류를 방지해야 합니다.

경질크롬도금

• 도금 두께 : 일반적으로 0.01~0.05 (도금 후 연삭을 필요로 하는 경우 0.05 ~ 0.13)
• 도금 소재 ] 적합 : 탄소강, 주철 및 동합금
  부적합 : 텅스텐이나 다량의 망간을 함유한 철강류, 흑연화 주철
• 도금 소재 경도 : H_RC 60 이하일 것.
• 도금 후 표면 경도 : H_RC 64 이상.
• 도금온도 : 통상 45°C ~ 60°C

1. 적용범위

이 표준은 열처리 및 표면처리의 도면 지시 방법에 관하여 규정한다.

2. 용어의 정의

2.1 유효 경화층 깊이

강의 열처리 경화층 표면으로부터 Hv513 에 상당하는 경도의 점까지의 수직 거리를 말한다.

비고
1) 탄소함유량은 규격 하한치를 적용한다.

2.2 전 경화층 깊이

강의 열처리 경화층 표면으로부터 경화층과 심부와의 화학적 또는 물리적 성질의 차이가 구별되지 않는 점까지의 수직 거리를 말한다.

비고

• 여기에서 말하는 화학적 성질은 Macro 조직으로, 물리적 성질은 경도로 대표되는 것이다.
• 표준참조
  • JIS Z 8721 : 3 속성에 의한 색의 표시 방법
  • JIS G 0557 : 강의 침탄 경화층 깊이 측정방법
  • JIS H 0404 : 전기도금의 기호에 의한 표시방법

3. 지시방법

열처리 및 표면처리에 관한 지시사항은 원칙적으로 지시란에 일괄 표시한다.
단, 열처리가 재료 기호에 의해 표시되는 경우에는 지시란에 의해서 표시하지 않아도 좋다.

3.1 지시사항

3.1.1 지시란 기입 사항

지시란에는 표 2에 나타낸 사항을 필히 기입하여야 한다.

예
• 알루마이트 방식에 의한 표면처리.
• 알칼리에 의한 흑색 산화피막.

비고

• 지시사항은 필요에 따라 추가하여도 좋다.
• 표 2 이외의 열처리 및 표면처리를 지시하는 경우에도 표 1에 준해서 지시사항을 설정한다.

3.1.2 경도의 표시

부품의 완성 상태에 있어서의 표면 경도를 지시하고 필요한 경우에는 경도를 측정하는 위치를 지시한다.
경도는 표 3의 부호를 사용해서 표시한다.
특히 필요한 경우에만 심부경도 및 그 측정 위치를 지시할 수 있다.

표 3

Note⁽³⁾ 120° Diamond 원추 입자를 사용하는 경우. 1/16 in 강구입자의 경우 N 대신 T를 사용한다.

3.1.3 경화층 깊이의 표시

부품의 완성 상태에 있어서의 유효 경화층 깊이 또는 전 경화층 깊이로 지시한다.

3.1.4 도색 및 도료의 표시

특히 필요한 경우를 제외하고 부품의 최종도장 공정에 있어서의 도색, 도료를 지시한다.
또한 도색의 표시는 현대자동차의 표준 기계 도색으로 한다.

3.2 지시란의 형식

열처리 란은 도1, 표면처리 란은 도2에 준한다.

3.3 열처리 지시상의 주의

• 전 경화층 깊이를 지시하는 경우 지시란 중의 "유효 경화층 깊이"를 "전 경화층 깊이"로 수정
• 표면 경화 열처리 부품의 소재에 Quenching, Tempering, Normalizing 을 해둘 필요가 있는 경우는 아래와 같이 표시한다.

Note⁽⁴⁾ Quenching, Tempering 에 의해 특히 필요한 경우에만 심부의 경도를 지시한다.

(3) 부분적으로 표면경화처리를 행할 경우는 굵은 1점 쇄선(외형선과 같은 굵기)으로 도면에 처리범위를 명시한 후 아래와 같이 표시한다.

열 처 리	Quenching, Tempering (지시 개소만)
	유효 경화층 깊이		2.0~5.0
	경도	표면	HRC 45 이상
		심도	-

비고) 이 경우 1점 쇄선으로 명시해도 좋다.

(4) 표면 경화의 열처리 범위를 치수에 의해 명시할 필요가 있는 경우는 허용차에 대한 경화 범위(예 1, 2)와 경화 허용 범위(예 3)에 의해 지시한다.

예 1.

열 처 리	Normalizing 후 고주파 소입 (지시 개소만)
	유효 경화층 깊이		3.0 이상
	경도	표면	HV 670 이상
		심도	-

예 2.

열 처 리	Normalizing 후 고주파 소입 (지시 개소만)
	유효 경화층 깊이		3.0 이상
	경도	표면	도시
		심도	-

예 3.

열 처 리	Normalizing 후 고주파 소입 (지시 개소만)
	유효 경화층 깊이		3.0 이상
	경도	표면	도시
		심도	-

(5) 동일한 부품에 표면경화 열처리가 혼재되어 있는 경우는 열처리 부분이 명확하게 구별되도록 지시한다.

열 처 리	침탄
	유효 경화층 깊이		0.7 ~ 1.0
	경도	표면	HV 670 이상
		심도	-

(6) 형상이 복잡한 부품에서 특별히 필요한 경우는 표면 열처리를 행하는 부분의 단면도로서 표시하고 경화층 깊이를 표시할 수 있다.

열 처 리	고주파 소입, TEMPERING (지시개소만)
	유효 경화층 깊이		도시
	경도	표면	HV 550 이상
		심도	-

3.4 표면처리 지시의 주의

(1) 부분적으로 표면처리를 할 경우는 그림 중에 처리범위를 명시한 후에 지시란에 필요한 주기를 한다.

예 1.

표 면 처 리	종류	도금
	사양	크롬 도금 MF Cr-3 (지시개소만)

예 2.

표 면 처 리	종류	도금
	사양	크롬 도금 MF Cr-3 (지시개소만)

(2) 일부만 남기고 대부분에 표면처리를 행하는 경우는 표면처리를 하지 않는 부분에 주기로써 명시한 후에 지시란에 필요한 사항을 기입한다.

예)

표 면 처 리	종류	도금
	사양	크롬 도금 MF Cr-3 (나사부 도금방지)

(3) 한 부품 중에 표면처리를 하는 개소, 해서는 안 되는 개소, 어느 것도 좋은 개소가 혼재해 있는 경우는 이 3 부분이 명확하게 구별되도록 지시한다.

표 면 처 리	종류	도금
	사양	크롬 도금 MF Cr-3 (지시개소만)

(4) 한 부품에 2 종류 이상의 표면처리를 행할 경우는 다음의 방법에 의한다.

• 주로 행하는 표면처리에 관한 지시 사항만을 지시란에 기입하고 나머지는 그림 중에 주기로써 표시한다. 또, 이 경우는 지시란에는 "주기참조" 라고 명기한다.
• 주로 행하는 표면처리가 어딘지를 판단하기 어려운 경우는 지시란을 둘 또는 그 이상 설정하여 각각에 필요한 지시사항을 기입한다.

(5) 그림 중에 치수로 특히 표면처리를 행하기 전의 치수인 것을 명시할 필요가 있는 것에는 표면처리 후의 치수에 주기한다.

4. 열처리 기호

열처리 기호는 KS B 0107 가공방법 및 기호의 "열처리 Heat Treatment" 에 따른다.

열처리 지시법의 해설

1. 경화 범위에 관해서

1.1 유효 경화층 깊이와 경화 범위

부품의 유효 경화층 깊이는 도면에 지시된 "경화범위" 에 관하여 최소한 아래 그림의 상태로 유지되어야 한다. (그림 1)
또, 유효 경화 범위는 도면에 지시할 필요는 없다.

Note
(6) 유효 경화 범위 + (최소경화 깊이 X 2.0) 를 "경화 범위"로써 도면에 표시한다.

1.2 경화범위와 경화 허용범위의 관계

고주파 소입에서는 허용차가 없이는 "경화범위"를 확실하게 지키기가 대단히 곤란하기 때문에 "경화허용범위"를 설정할 필요가 있다.

이 경우, 경화층은 "경화범위"를 초월해도 좋으나 "경화허용범위"를 초월해서는 안 된다.

기타 준수 사항

1. 열처리의 종류

1.1 소재, 소입, 소려

기계구조용 탄소강, 합금강의 조직 조정을 위한 Tempering 처리

1.2 소입, 소려

고탄소강 소입성을 보증한 강재의 소입처리

1.3 침탄소입소려

침탄 소입용 강재의 침탄소입 처리

1.4 질화

질화강의 표면 경화처리로서 왜곡이 적게 표면경화가 된다.

1.5 Tufftriding (연질화)

염욕 질화법의 일종으로 모든 강재를 왜곡이 최소로 되게 표면 경화를 시킬 수 있다.

1.6 저온 침탄 질화

가스 질화법으로 Tufftriding 보다 저가로 동일 효과를 얻을 수 있으나 Rail 등과 같이 휨이 작용하는 부품은 주의가 필요하다.

1.7 기타

그 외에 국부적으로 고주파 소입, 화염소입을 사용한다.

2. 표면 처리의 종류

2.1 경질 크롬 도금

Cylinder Liner 의 내면과 같이 내마멸을 필요로 하는 부분에 사용한다.
두께는 0.01~0.03 mm

2.2 광택 크롬 도금

방청을 위해서 0.005 mm 정도 두께로 도금한다.

2.3 흑색 산화 피막처리

표면에 사삼산화철($Fe_3O_4$)의 피막을 만드는 방식이다.

2.4 파카라이징 (인산염 피막처리)

표면에 인산염 피막을 만드는 방식이다.
주로 하도로 사용한다.

Note
카드뮴 도장은 사용하지 않는다.

3. 경도의 표시

3.1 브리넬 경도 (H_B)

조질강, 청동, 알루미늄 등의 경도를 지정한다.

3.2 로크웰 경도 (H_RC)

소입 탄소강, 공구강의 경도, 침탄 소입강의 국부적 소입부의 표면 경도를 지정한다.
그러나 경화층의 깊이가 1.0 mm 미만의 것은 측정면으로부터 H_V 로 지정한다.

3.3 비커스 경도 (H_V)

질화강의 표면 경화를 지정한다.

3.4 마이크로 비커스 경도 (H_V)

Tufftriding 처리, 저온침탄 질화 처리를 행한 부품의 표면 경도를 지정한다.

4. 소입 부품 제도에 있어서의 주의 사항

4.1 치수 중량과 경도의 관계

물체의 용량(치수 중량)과 소입 후 얻어지는 경도의 관계를 충분히 검토하여 경도를 지정한다.

4.2 균열(Crack) 방지

두께의 급격한 변화, 형상의 급격한 변화가 있는 부분은 Crack 이 생기기 쉽다.
형상의 급격한 변화를 피하고 Round 를 지시하여 Crack 을 방지한다.

4.3 박판 부품 협의

두께가 2 mm 이하의 부분이 있는 물체의 소입에 있어서는 사전에 충분한 협의가 필요하다.

4.4 CH 부호 지정

침탄재의 소입부품, 질화 처리재에서는 경도를 필요로 하는 부분에 대해서는 특히 CH 부호를 붙여서 지정한다.

4.5 재료 적합성 검토

목적으로 하는 기능, 경도와 지정재료의 적합여부를 충분히 검토한다.

4.6 용접 구조 회피

소입을 필요로 하는 부품은 용접구조로 하는 것을 피하고, 단조 혹은 가공하는 것으로 한다.