열처리 실무

열처리 불량은 가장 비싼 불량입니다

소재 입고 → 절단 → 황삭 → 정삭 → 열처리 → 연삭 → 검사. 열처리는 공정 후반에 있습니다. 즉 가공비가 다 들어간 뒤에 터지는 불량이에요. 게다가 대부분 외주라 발견도 늦고, "우리 열처리 문제냐 너희 소재 문제냐"로 책임 공방이 붙습니다.

결함을 줄이는 실무는 세 가지로 요약됩니다. 지시를 명확히 적고, 이력을 받아두고, 조기에 검출한다.

1. 4대 결함 한눈에

2. 경도 부족 — 원인을 순서대로 훑습니다

경도가 안 나왔을 때 아무거나 의심하면 시간만 갑니다. 소재 → 가열 → 냉각 → 뜨임 순서로 좁히세요.

> "연점(soft spot)" 은 부품 전체가 아니라 일부만 경도가 낮은 상태예요. 담금질할 때 그 부위에 증기막이 오래 붙어 있었거나, 지그가 닿아 냉각액이 안 닿았거나, 스케일이 두껍게 남은 경우입니다. 경도 측정을 한 점만 하면 절대 못 잡습니다.

3. 변형 — 없앨 수는 없고, 관리하는 겁니다

담금질에는 반드시 부피 변화가 따릅니다. "변형 제로"는 목표가 될 수 없어요. 목표는 "변형을 예측 가능한 범위로 묶고, 후가공으로 잡을 수 있게" 하는 것입니다.

원인

• 가공 잔류응력 — 황삭에서 크게 깎아낸 응력이 가열되면 풀리며 휩니다
• 비대칭 형상·두께 급변 — 두꺼운 쪽과 얇은 쪽이 다른 속도로 식음
• 불균일 가열 — 로 안 위치, 급격한 승온
• 적재·매달림 방식 — 길쭉한 부품을 눕혀 놓으면 자중으로 처짐
• 마르텐사이트 변태 팽창 — 부위별 변태 시점 차이

대책

> 실무 원칙 하나. "열처리 전에 완성 치수로 만들지 않는다." 부울경 협력사에서 반복되는 클레임의 상당수가 이 기본 하나를 지키지 않아 생깁니다.

4. 균열 — 이건 폐기입니다

발생 조건 (겹칠수록 위험)

• 과열 — 오스테나이트화 온도가 너무 높아 결정립이 조대해짐
• 급랭 — 수랭, 특히 저온의 물
• 형상 — 날카로운 모서리, 급격한 두께 변화, 구멍이 표면 가까이, 키홈 모서리에 R 없음
• 뜨임 지연 — 담금질 후 방치
• 소재 결함 — 개재물, 편석, 기존 탈탄층, 탄소량 상한 초과
• 재질 오인 — 저합금강 조건으로 고탄소강을 수랭

대책

• 냉각능을 한 단계 낮춥니다(수랭 → 폴리머 → 유랭). 그래도 경도가 필요하면 소재의 경화능을 올리세요.
• 설계 단계에서 R을 넣습니다. 열처리 균열의 상당수는 열처리장이 아니라 도면에서 시작해요. 예리한 모서리, 두께가 갑자기 바뀌는 단차, 표면 바로 밑을 지나는 구멍.
• 담금질 직후 즉시 뜨임. 부품이 완전히 식기 전에 뜨임로로 옮깁니다.
• 침탄품은 직접 담금질 대신 서냉 후 재가열 담금질로 결정립을 미세하게.
• 자분탐상(MT) 을 열처리 후 표준 검사로 넣으세요. 육안으로는 안 보이는 미세 균열이 잡힙니다. 비자성체는 침투탐상(PT).

> 균열은 용접으로도, 재열처리로도 복구되지 않습니다. 균열이 확인되면 폐기하고, 왜 났는지 조사해 다음 로트를 살리는 것이 유일한 대응입니다.

5. 탈탄 — 조용히 피로수명을 갉아먹습니다

산화성 분위기(공기 중)에서 고온으로 오래 두면 강 표면의 탄소가 산소와 반응해 빠져나갑니다. 표면만 저탄소가 되니 담금질해도 그 층은 안 굳어요.

왜 치명적인가: 부품의 피로 파괴는 거의 항상 표면에서 시작합니다. 표면이 물러지면 피로강도가 크게 떨어져요. 스프링, 기어 치면, 볼트 나사부에서 특히 문제가 됩니다.

대책

• 분위기 제어 — 흡열형 변성가스(RX) 분위기로, 염욕로, 진공로
• 가열 시간 최소화 — 필요 이상으로 오래 두지 않기
• 가공 여유로 제거 — 탈탄층 예상 깊이보다 큰 여유를 남기고 열처리 후 연삭
• 방청·코팅 — 산화 방지 도료
• 검사 — 단면을 폴리싱·부식(에칭)해 현미경 관찰, 또는 표면부터 경도 프로파일

[탈탄 판정 예 — 스프링용 강선 표면]

  깊이 0.00mm   HV 320   ← 표면이 비정상적으로 낮다
  깊이 0.05mm   HV 410
  깊이 0.10mm   HV 520
  깊이 0.20mm   HV 610
  심부          HV 620   (정상 경도)

  판정 : 표면 ~0.15mm 부근까지 부분탈탄층으로 판단
         도면 허용 "부분탈탄 0.05mm 이하" 초과 → 불합격

6. 외주 열처리 관리 — 지시서에 다 적으세요

부울경의 실제 구조는 이렇습니다. 원청이 사양을 주고, 1차 협력사가 가공하고, 열처리는 다시 외주로 나갑니다. 말로 전달된 조건은 반드시 어딘가에서 사라집니다.

열처리 의뢰서 — 이 항목이 비어 있으면 클레임 때 근거가 없습니다

 품명 / 도번     : BRK-2210 / Rev.C
 재질            : SCM440   (밀시트 사본 첨부)
 수량 / 로트     : 320 EA / L-260804
 처리 내용       : 조질  (담금질 850°C 유랭 → 뜨임 580~620°C 수랭)
 요구 경도       : HRC 28~32
 경도 측정 위치  : 플랜지 외경면, 표면 0.5mm 연삭 후 3점
 유효경화깊이    : 해당 없음
 변형 허용       : 전장 400mm 기준 휨 0.30mm 이내
 탈탄 허용       : 전탈탄 없음 / 부분탈탄 0.05mm 이하
 균열 검사       : 자분탐상(MT) 전수, 결과 제출
 후처리          : 방청유 도포, 목재 파렛트 적재, 상하 분리
 제출 서류       : 열처리 이력(온도-시간 차트), 경도 성적서, MT 성적서
 초물 승인       : 최초 3개 선행 처리 후 승인 뒤 본물량 진행

> 초물(선행 3~5개) 승인 절차를 넣는 것이 가장 효과적인 방어입니다. 320개를 다 처리한 뒤 경도가 안 나오면 320개가 손실이지만, 3개로 확인하면 3개로 끝나요.

체크리스트

• 열처리 전에 응력 제거 풀림을 했다 (황삭량이 컸다면)
• 완성 치수가 아니라 가공 여유를 남긴 상태로 보냈다
• 의뢰서에 경도 측정 위치와 방법까지 적었다
• 초물 승인 절차를 넣었다
• 열처리 이력(온도-시간 차트)을 받아서 보관한다
• 열처리 후 자분탐상이 공정에 들어 있다
• 경도 측정을 한 점이 아니라 여러 점에서 한다
• 도면 R·단차·구멍 위치가 균열 유발 형상이 아닌지 설계와 협의했다