탄소강은 JIS(Japanese Industrial Standards)에서 S10C~S75C까지의 규격이 있고 일반적으로 고주파소입에서 S25C~S55C의 탄소강이 사용됩니다. 경도는 탄소량에 따른 지표가 있고 예를 들어 S45C 같은 경우에는 HRC54~60입니다. 탄소량 0.6% 이상으로 경도는 한계점에 이릅니다.
소입성을 올리는 합금원소가 들어가지 앉기 때문에 깊게 소입시키기 어렵고 일반적으로 소입깊이는 2mm정도가 됩니다.
또한 경도를 얻기 위해 가열한 후에 바로 냉각시킬 필요가 있습니다.
용도나 목적에 맞추어 재질 선택이 생산성의 향상이나 코스트 삭감, 품질의 향상에 이어갑니다.
합금강은 탄소강에C 이외의 Cr、Mn、Ni、Mo、B 등의 합금 원소를 더하여 기계강도나 내마모성을 올린 강철입니다. 열처리 방면에서는 탄소강에 비하여 소입깊이가 깊고(소입성이 좋고), 게다가 템퍼링 한 후의 템퍼링연화가 크기 때문에 인성을 가진 강철이 된다는 특징이 있습니다.
합금강 (SCM435、SCR435 등)의 고주파소입에서는 일반적으로 탄소강보다 천천히 냉각시킵니다. 그 이유는 합금강은 과냉각으로 금이 갈 위험성이 비교적으로 높기 때문입니다. 특히 요철이 있는 소입 제품에서는 주의가 필요합니다. 합금강의 과냉각으로 인한 크랙은 표면이 경화된 후에 늦게 내부가 경화되는 바람에 일어납니다.
구체적인 대책 방법은 후지덴시에 문의해주십시오.
스테인리스강에는 크게 나누어서 페라이트계, 오스테나이트계, 마르텐사이트계가 있습니다. 고주파소입을 할 수 있는 스테인리스강은 마르텐사이트계입니다. 그 외에도 오스테나이트계에는 후공정을 위해 경도를 떨어뜨리거나 조직 개선을 해 놓을 필요가 있기에 부분적으로 고주파 아닐링을 시키거나 합니다.
스테인리스강은 Cr이 많이 들어있기에 오스테나이트가 확산되기 어렵고 탄소강이나 합금강에 비하여 1000℃ 정도까지 온도를 올려서 오스테나이트를 확산시킬 필요가 있습니다. 하지만 오스테나이트는 잔류 오스테나이트로서 남기 때문에 고주파소입에서는 높은 컨트롤 기술이 요구되는 강철 종류의 하나입니다.
주물은 고주파 소입에 있어는 경도가 고르지 못하거나 소입크랙이 생기거나 문제가 발생하기 쉬운 재료입니다. 변태점까지 급속히 가열하는 고주파 소입은 소재 경도, 소재 조직 분포가 소입 품질에 크게 영향을 끼칩니다. 특히 엄격한 경도를 요구되는 닥타일 주철(FCD) 같은 경우 모재의 펄라이트율이 80%이상 필요합니다.
경도를 내기 위해서 워크 모재에 탄소가 골고루 분포되어 있는 필요가 있습니다.
하지만 주조 공정에서 발생한 성분 편석이 있는 재료가 고주파 소입 공정까지 갖고 오면 경도 불량은 물론 편석을 기점이 돼서 소입 크랙이 일어날 가능성이 있습니다.
또한 금속 재료를 단조했을 때 형성되는 단류선(flow line)은 올 절삭품에 비하여 단조품에 경도를 주는 효과가 있는 한편 고주파 소입 공정에서는 경도 불량이나 경도 부족의 요인이 될 수도 있습니다.
이렇게 눈으로 안 보이더라도 재료 결함이나 기계가공에서 발생한 잔류 응력, 금속 조직의 상태가 죄종 공정에 가까운 고주파 소입의 품질에 영향을 끼치기 때문에 토털로 공정을 고려하는 것이 중요합니다.
소입으로 마르텐사이트 조직에 변화시켜 이어서 템퍼링을 함으로써 기계적 성질을 조절한 강철을 조질강이라고 합니다. 강재의 압전・단조 시에 발생한 잔류응력이나 결정립의 불균형을 조율할 수 있습니다.
조질처리에서는 가열로에 의한 소입후 550℃이상의 고온 템퍼링을 하여 “소르바이트 조직”으로 합니다. 조질은 탄조강보다 경도/강도가 필요한 합금강(크롬몰리브덴 강, 크롬 강, 망간 강)에 합니다. 조질 처리함으로써 고주파 소입 품질도 더욱더 안정하집니다. 한편으로 고주파소입에 많이 사용되는 S45C 등 같은 탄소강의 전열처리는 대부분에서 “불림 (normalizing)”으로 불리고 오스테나이트 영역에 가열하다가 유지한 부품을 가열로 밖에서 공냉을 합니다.
구상화 열처리는 강철내 탄화물을 구상화하기 위해 가열로에 넣어 실시하는 열처리입니다. 합금강이나 고탄소강 같은 재질에은 절삭 등의 기계가공을 편하게 하기 위해 구상화 열처리를 할 때가 있습니다.
하지만 구상화된 조직은 오히려 고주파 소입에 불리해질 상태가 됩니다. 그 이유는 몇 초로부터 수십 초라는 짧은 시간 안에 가열하는 고주파 소입에 있어 구상화된 조직은 오스테나이트 확산을 어려워지게 해서입니다.