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기어의 재료와 열처리 기어의 재료와 열처리 : ES-DGA-013:2013.10.05 기어는 각각의 용도에 맞게 철계 재료 , 비철계 금속재료 또는 플라스틱 재료 등 여러 가지 재료로 만들어집니다.| 재료명 | JIS 재료기호 | 인장강도 N/mm2 | 신장 % 이상 | 압축 % 이상 | 경도 HB | 특징 , 열처리 및 용도 |
| 기계구조용 탄소강 | S15CK | 490이상 | 20 | 50 | 143~235 | 저탄소강. 침탄 열처리로 고강도 |
| S45C | 690이상 | 17 | 45 | 201~269 | 가장 일반적인 중탄소강. 조질 / 고주파 열처리 | |
| 기계구조용 합금강 | SCM435 | 930이상 | 15 | 50 | 269~331 | 중탄소 합금강 (C 함유량 0.3~0.7%) 조질 및 고주파 열처리 고강도 ( 굽힘강도 / 치면강도) |
| SCM440 | 980이상 | 12 | 45 | 285~ | ||
| SNCM439 | 980이상 | 16 | 45 | 293~ | ||
| SCr415 | 780이상 | 15 | 40 | 217~302 | 저탄소 합금강 (C 함유량 0.3% 이하 ) 표면경화 처리 ( 침탄 , 질화 , 침탄질화 등) 고강도 ( 굽힘강도 큼 / 치면강도 큼 ). 웜휠 이외의 각종 기어에 사용 | |
| SCM415 | 830이상 | 16 | 40 | 235~ | ||
| SNC815 | 980이상 | 12 | 45 | 285~ | ||
| SNCM220 | 830이상 | 17 | 40 | 248~ | ||
| SNCM420 | 980이상 | 15 | 40 | 293~ | ||
| 일반구조용 압연강재 | SS400 | 400이상 | ― | ― | ― | 저강도 / 저가 |
| 회주철 | FC200 | 200이상 | ― | ― | 223 이하 | 강에 비해 저강도. 대량생산 기어용 |
| 구상흑연주철 | FCD500-7 | 500이상 | 7 | ― | 150~230 | 고정밀도인 덕타일 주철, 대형 주조기어 |
| 스테인레스 강 | SUS303 | 520이상 | 40 | 50 | 187이하 | SUS304 보다 피삭성 ( 쾌삭 ), 늘어붙지 않는 성질 향상 |
| SUS304 | 520이상 | 40 | 60 | 187이하 | 가장 넓게 사용되는 스테인리스강 | |
| SUS316 | 520이상 | 40 | 60 | 187이하 | 해수 등에 대하여 SUS304 보다 우수한 내식성 | |
| SUS420J2 | 540이상 | 12 | 40 | 217이상 | 열처리 가능한 마르틴사이트계 | |
| SUS440C | ― | ― | ― | 58HRC이상 | 열처리하여 최고경도를 실현. 치면강도 큼 | |
| 비철금속 | C3604 | 335 | ― | ― | 80HV이상 | 쾌삭황강. 각종 소형기어 |
| CAC502 | 295 | 10 | ― | 80이상 | 인청동 주물. 웜휠에 최적 | |
| CAC702 | 540 | 15 | ― | 120이상 | 알루미늄 청동주물. 웜휠 등 | |
| 엔지니어링 플라스틱 | MC901 | 96 | ― | ― | 120HRR | 기계가공기어. 경량화. 녹슬지 않는다. |
| MC602ST | 96 | ― | ― | 120HR | ||
| M90 | 62 | ― | ― | 80HRR | 사출성형기어. 저가로 대량생산 .경부하 용도 |
금속재료에 필요한 조직 및 성질을 부여하기 위하여 실시하는 가열 및 냉각 조작을 말하며 ,
특히 냉각방법에 따라 조직 및 성질이 여러 가지로 변화한다.
열처리는 크게 나누어 불림 , 풀림 , 담금질 , 뜨임 , 표면경화로 나눌 수 있다.
열처리를 활용하여 강이 가지고 있는 성질을 충분히 발휘시킬 수 있다.
각종 열처리를 실시함으로써 강은 단단해지며 기어의 강도는 향상된다.
특히 치면 강도는 큰 폭으로 올라갑니다.
열처리 방법은 강이 함유하고 탄소(C)량에 의해 달라집니다.
| 열처리 방법 | 탄소 (Ｃ)％ | ||||||
| 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | |
| 침탄 열처리 | - | <----- | ------- | -----> | - | ||
| 고주파 열처리 | - | - | - | <----- | ------- | ------- | -----> |
| 화염 열처리 | - | - | - | <----- | ------- | ------- | ------> |
| 질화 처리 | - | - | <----- | ------- | ------- | ------- | -----> |
| 주브 열처리 | - | - | - | - | <----- | ------- | --- |
주 1. 질화의 경우는 Al, Cr, Mo, V 등의 합금원소를 1 종 이상 포함해야 한다.
불림이란 강의 결정체를 미세화하고 조직을 균일하게 하기 위하여 실시하는 열처리이다.
목적은 전 가공의 영향인 강의 내부응력을 제거하거나 압연 등의 소성가공에 의해 생긴 섬유조직을 해소하는 것이다.
풀림이란 강의 연화 , 결정조직의 조정 , 내부응력의 제거 , 냉간 가공성 및 절삭성의 개선 등을
위하여 실시하는 열처리이다.
그 목적에 따라 완전 풀림 , 연화 풀림 , 응력제거 풀림 , 항온 풀림 , 중간 풀림 등이 있다.
① 응력제거 풀림
조직을 바꾸지 않고 내부응력을 줄이는 풀림
② 변형제거 풀림
강재 등에 발생한 변형을 제거하기 위하여 하중을 걸어 실시하는 풀림
③ 중간 풀림
냉간가공 도중에 다음 가공을 쉽게하기 위하여 가공경화한 재료를 연화시킬 목적으로 실시
담금질 경화 후 , 다시 가열하여 적절한 속도로 냉각하는 열처리이다.
담금질 한 후에는 반드시 뜨임을 실시한다.
뜨임의 주요목적은 경도의 조정 , 인성의 부여 및 내부 응력의 제거이다.
뜨임의 온도에 따라 [ 고온 뜨임 ] 과 [ 저온 뜨임 ] 이 있다.
뜨임의 온도가 높을수록 경도는 감소하지만 인성은 증가한다.
조질의 경우에는 고온 뜨임을 실시한다.
고주파 열처리 , 침탄 열처리 등의 표면경화 처리 후의 뜨임은 저온 뜨임이다.
담금질과 뜨임 ( 고온 )을 조합하여 강의 경도 / 강도 / 인성을 조정하는 열처리이다.
조질 후 제품을 기계 가공할 수 있을 정도로 경도를 조정한다.
조질 경도의 기준은 아래와 같습니다.
S45C ( 기계구조용 탄소강) 200 ～ 270 HB
SCM440(기계 구조용 합금강) 230 ～ 270 HB
저탄소강의 표면을 침탄 ( 탄소를 스며들게 함 )시켜 고탄소 상태로 하여 담금질하여
탄소가 침입한 표면을 특별히 단단하게 하는 열처리이다.
담금질 후 뜨임 ( 저온 )을 하여 경도를 조정한다.
침탄 담금질에 의해 표면 뿐 아니라 심부도 어느 정도 경화됩니다만 , 표면 정도로 경화되지 않습니다.
표면의 일부분에 침탄 방지제를 도포함으로써 탄소가 침입하는 것을 막으면 그 부분의 경도가
높아지는 것을 방지할 수 있다.
표면경도 및 경화층 깊이의 기준은 아래와 같습니다.
• 담금질 경도 55~63HRC ( 참고 )
• 유효 경화층 깊이 0.3~1.2mm ( 참고 )
기어는 침탄 열처리함으로써 변형되어 정밀도가 나빠집니다.
기어의 정밀도를 높이려면 열처리 후 기어를 연삭할 필요가 있다.
0.30% 이상의 탄소를 함유한 강을 유도에 의해 가열하여 표면을 단단히 하는 담금질 방법이다.
기어를 고주파 담금질하는 경우 , 치면 및 이끝의 경도를 높일 수 있어도 이뿌리의 경도는
올릴 수 없는 경우가 있다.
일반적으로 고주파 담금질에 의한 변형으로 기어정밀도는 저하한다.
S45C 제품을 고주파 담금질하는 경우에는 아래에 나타내는 경도를 참고하여 주십시오.
- 담금질 경도 45~55 HRC
- 유효 경화층 깊이 1~2mm
열원이 불꽃인 표면경화 처리. 주로 주강의 임의의 표면 , 일부분만을 열처리할 경우에 이용한다.
강 표면에 질소를 확산 침투시켜 표면을 경화하는 열처리이다.
강에 알루미늄 , 크롬 , 몰리브덴이 함유되어 있으면 질화가 용이하게 되어 쉽게 경화된다.
대표적인 질화강으로는 SACM645 ( 알루미늄 크롬 몰리브덴 강 )가 있다.
강 전체를 심부까지 가열하고 급냉하는 열처리. 표면 뿐 아니라 심부까지 경화된다.