항온 열처리

소재를 어느 온도에서 일정시간 유지하여 변태를 완료시키는 것으로 다른 열처리에 비하여 연속적인 작업을 할 수 있어 작업이 빠르고 능률적이다.
담금질과 뜨임을 같이 할 수 있으며, 담금질 균열을 방지할 수 있어 경도와 인성이 동시에 요구되는 공구강, 합금강의 열처리에 사용된다.

1. 항온 냉각 변태 곡선(T.T.T곡선)

항온 변태 때의 변태 개시 점과 변태 완료 점을 시간-온도와의 관계로 나타낸 곡선으로써 S자 모양을 하고 있어 S곡선이라고도 하며 Bain의 곡선이라고도 한다.

1.1 베이나이트( Bainit ) 조직부

마르텐자이트와 트루스타이트의 중간조직으로써, 열처리에 따른 변형이 적고 강도와 인성이 크다.
또한 트루스타이트 보다 경도가 높고 질기며, 소르바이트 보다 점성이 강한다.

1.2 Nose부 (S곡선의 코)

약 560℃ 부근으로 급속히 변태가 완료되어 변태속도가 최대인 부분이다.
Nose가 좌측으로 이동할수록 담금질의 냉각 속도가 커야 하기 때문에 담금질하기가 어렵다.

1.3 Knee (Bay)부

강의 전체 조직을 마르텐자이트로 할 수 있는 냉각 속도인 임계 냉각속도(Critical Cooling Rate)가 있는 부분으로 최저 냉각속도를 나타낸다.
변태 개시온도가 늦어지면 탄화물 고용이 완전해지고, 변태속도가 늦어짐에 따라 담금질성이 향상된다.

2. 항온 열처리의 종류

2.1 마쾐칭 (Marquenching)

[ 처리 방법 ]
Ms 점 바로 위 온도까지 염욕에 담금질 냉각하고, 항온 유지하여 강의 내외부 온도가 동일해지면 꺼내어 공냉하여 Ar"변태가 서서히 일어나도록 처리한다.

[ 특징 ]
① 수중 담금질에 비해 경도가 다소 낮으나 내외부가 거의 동시에 마르텐자이트
  조직으로 변한다.
② 담금질 균열 및 변형이 생기지 않는 것이 최대의 장점임.
③ 합금강, 고탄소강, 게이지강, 침탄강의 담금질에 적합

2.2 오스템퍼 (Austemper)

[ 처리 방법 ]
Ar' 와 Ar"(Ms점)사이의 변태 온도에서 염욕에서 담금질 한 후, 과냉 오스테나이트가 변태가 완료될 때 까지 항온 유지하여 베이나이트를 충분히 석출시킨 후 공냉하는 열처리로써 베이나이트 담금질이라고도 한다.

[ 특징 ]
① 강도와 인성이 우수한 베이나이트(Bainite) 조직을 얻는다.
② 공구와 같은 소형 부품에 이용된다.
③ 담금질성이 풍부하여 균열 및 변형이 적다.

2.3 마템퍼 (Martemper)

[ 처리 방법 ]
오스템퍼보다 낮은 온도인 Ms와 Mf 사이(100 ~ 200℃)의 열욕 또는 염욕에서 담금질하여 과냉 오스테나이트가 변태를 완료할 때 까지 항온 유지한 후 꺼내어 공냉하는 열 처리로써, 마르텐자이트 변태가 시작되고 종료된다.

[ 특징 ]
① 오스테나이트가 마르텐자이트와 베이나이트의 혼합조직으로 변한다.
② 경도와 인성이 크며 충격 값이 커집니다.
③ 정밀기계 부품, 복잡한 형상의 것에 이용된다.
④ 항온 변태 시간이 길어 대형의 것에는 부적당한다.

2.4 항온 뜨임(Isothermal Tempering)

[ 처리 방법 ]
Ms 온도 직하에서 열욕에 넣어 유지시킨 후 공냉하여 마르텐자이트와 베이나이트가 혼합된 조직을 얻는다.
마르텐자이트 내에 일부 베이나이트 조직을 얻기 때문에 베이나이트 템퍼링이라고도 한다.

[ 특징 ]
뜨임에 의해 2차 경화되는 고속도강이나 공구강 등에 효과적이다.

2.5 등온 풀림(Isothermal Annealing)

[ 처리 방법 ]
풀림 온도로 가열한 강재를 S곡선의 코(Nose)부근 온도인 600 ~ 650℃에서 항온 변태시킨 후 공냉한다.
펄라이트 변태가 비교적 빠른 속도로 진행된다.

[ 특징]
① 처리 시간이 단축되고 연속작업에 의한 대량생산이 가능
② 공구강, 합금강 등 자경성(Self Annealing)의 강에 적합.