담금질성 (Hardenability)
쉽게 풀면
같은 온도에서 똑같이 물에 담가 식혀도, 어떤 강은 겉만 단단해지고 어떤 강은 속까지 단단해집니다. 이 '단단해지는 깊이'를 결정하는 성질이 담금질성입니다. 담금질성이 좋다는 말은 더 단단해진다는 뜻이 아니라, 천천히 식는 부품 중심부까지도 마르텐사이트가 만들어진다는 뜻입니다. 크로뮴·몰리브데넘·망가니즈 같은 합금 원소는 펄라이트가 생기는 것을 늦춰 담금질성을 높입니다.
왜 중요한가
두꺼운 축이나 기어처럼 단면이 큰 부품은 중심부가 늦게 식기 때문에, 담금질성을 모르면 겉만 단단하고 속은 무른 제품이 나옵니다. 그래서 합금강을 설계하거나 열처리 조건을 정할 때 담금질성은 가장 먼저 검토되는 지표입니다. 논문에서는 합금 원소 첨가나 결정립 크기 변화가 담금질성에 미치는 영향을 정량적으로 비교하는 형태로 자주 등장합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
합금 원소가 냉각 중 페라이트·펄라이트 생성을 억제해 부품 안쪽까지 마르텐사이트가 형성되도록 만든다는 것을 보여주는 서술입니다.
조금 더 깊게 보면
담금질성은 본질적으로 항온변태선도의 코(nose)가 오른쪽으로 얼마나 밀려 있는지, 즉 임계냉각속도가 얼마나 느린지의 문제입니다. 합금 원소는 오스테나이트에 고용되어 확산변태를 지연시키므로 코를 오른쪽으로 밀고, 그 결과 더 느린 냉각으로도 마르텐사이트를 얻을 수 있습니다. 반대로 오스테나이트 결정립이 미세하면 결정립계가 핵생성 자리를 많이 제공해 확산변태가 쉬워지고 담금질성은 떨어집니다. 실무에서는 이 성질을 조미니 단부 담금질 시험으로 측정하고, 경도가 일정 값으로 떨어지는 거리를 담금질성 지표로 씁니다.
주의할 점
담금질성과 '경도'는 다른 개념입니다. 달성 가능한 최고 경도는 거의 탄소 함량만으로 정해지고, 합금 원소는 그 경도가 어디까지 도달하는지(깊이)를 좌우합니다. 담금질-뜨임 처리가 실제 공정 절차를 다룬다면, 담금질성은 그 공정이 통할지를 미리 판단하는 재료 고유의 성질입니다.