CNC 합금의 열처리·뜨임 조건

CNC 합금의 뜨임 조건: 온도별 강의 담금질·뜨임 경도, 6061-O에서 T651, 7075-T73, 17-4PH의 H900에서 H1150 및 NACE 제한.

탄소강·합금강 — 열처리 공정과 대표 경도

공정	역할	대표 경도	대표 용도	적용 규격
Annealing	임계 온도 이상 또는 근처까지 가열한 뒤 로 안에서 매우 천천히 냉각해 연화와 응력 제거를 한다	160–217 HB (grade-dependent)	가공 소재, 냉간 성형, 재담금질 전 응력 제거	GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412
Normalizing	Ac3/Acm보다 30–50 °C 높게 가열한 뒤 정지 공기 중에서 냉각해 결정립을 미세화하고 조직을 균질화한다	187–300 HB (grade-dependent)	대형 단조품, 담금질로 인한 변형이 우려되는 구조 부품	GB/T 16923; ASTM A29
Quenching + tempering	오스테나이트화한 뒤 물이나 기름에서 마르텐사이트까지 담금질하고, Ac1 이하로 재가열해 응력 제거와 경도 조정을 한다	24–57 HRC (depends on tempering temperature)	완성된 기계 부품: 축, 기어, 체결구	GB/T 16924; ASTM A29
Quench and high temper (Q&T)	담금질 후 500–650 °C에서 고온 뜨임을 하여 강도와 인성의 균형이 가장 좋은 뜨임 소르바이트를 만든다	28–34 HRC (common supply band)	교번 하중을 받는 커넥팅 로드, 볼트, 기어, 축	GB/T 16924; GB/T 7232

이 표를 읽는 방법. 대표값은 강종, 단면 치수, 로 운용에 따라 달라진다. 설계는 적용 규격과 밀 테스트 리포트를 따를 것. 도면의 Q&T(담금질·뜨임)는 담금질 후 약 500–650 °C에서 고온 뜨임을 하는 것을 뜻하는 복합 기호이며 별도 공정이 아니다. 뜨임하지 않은 담금질 상태의 마르텐사이트는 취성이 있어 사용 상태로 쓰지 않는다.

1045 강의 풀림 상태와 불림 상태에서는 각각 어느 정도 경도를 기대할 수 있나요?

풀림한 1045는 약 160–200 HB(열간 압연재 대표값 163 HB)이고, 불림한 1045는 약 187 HB에 인장강도 640 MPa에 이른다. 불림은 절삭성 일부를 대가로 더 강하고 균질한 조직을 얻는 처리다.

상태	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	연신율(%)	경도	출처
Hot-rolled / annealed	565 (typical hot-rolled)	310	16	163 HB; annealed band 160–200 HB	S21 / S22 / S5
Normalized	640	410	22	187 HB	S6 / S5
Quenched and tempered	—	—	—	220–290 HB	S5
As-quenched (water, surface)	—	—	—	55–60 HRC	S5
Flame / induction hardened (surface)	—	—	—	55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm	S5

4140은 프리하드닝(담금질·뜨임) 상태로 어느 정도 경도로 공급되나요?

프리하드닝 4140은 28–34 HRC로 입고된다. 540 °C에서 뜨임하는 표준 열처리는 28–32 HRC, 인장강도 1,000–1,100 MPa가 된다. 크롬과 몰리브덴 덕분에 4140의 경화능은 1045보다 훨씬 커서 큰 단면에서도 뜨임 경도를 유지한다. 큰 봉재는 밀 테스트 리포트로 확인할 것. 경도는 단면 치수가 커질수록 떨어진다.

상태 / 뜨임 온도	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	연신율(%)	경도	출처
Annealed	~655	~415	25	197–217 HB	S4
Normalized	~1,020	~650	17	250–300 HB	S4
As-quenched (oil)	—	—	—	55–60 HRC	S4
Q&T at 205 °C	~2,000	~1,600	8	52–57 HRC	S4
Q&T at 315 °C	~1,700	~1,450	10	45–50 HRC	S4
Q&T at 425 °C	~1,400	~1,250	12	38–42 HRC	S4
Q&T at 540 °C (standard HT)	1,000–1,100	850–950	18	28–32 HRC	S4
Q&T at 650 °C (high ductility)	~850	~700	22	24–28 HRC	S4
Pre-hardened as-supplied	—	—	—	28–34 HRC	S4

담금질 직후, 뜨임 전의 강은 얼마나 단단한가요?

1045(수냉)와 4140(유냉) 모두 담금질 상태에서 약 55–60 HRC에 이른다. 그러나 뜨임하지 않은 마르텐사이트는 사용에 너무 취성이 강하므로, 담금질한 부품은 모두 사용 전에 실용 경도까지 뜨임된다.

강종	담금질 매체	담금질 상태(HRC)	뜨임 후 실용 경도	비고
1045	Water	55–60	220–290 HB (Q&T)	경화능이 얕은 탄소강. 큰 단면에서는 중심부가 연해진다
4140	Oil	55–60	28–32 HRC (tempered at 540 °C)	경화능이 깊은 Cr-Mo 합금강. 큰 단면에는 이쪽을 선택

담금질과 뜨임(조질)은 무슨 뜻이며 왜 지정되나요?

담금질과 뜨임은 마르텐사이트까지 담금질한 뒤 임계 온도 이하로 재가열하는 처리를 뜻한다. 담금질 후 고온 뜨임(500–650 °C)은 뜨임 소르바이트를 만들며 대표적으로 28–32 HRC가 되어 축과 기어에 강도와 인성의 최적 균형을 준다. 뜨임은 항상 경도를 내주고 인성을 얻는다. 담금질 후 55–60 HRC인 같은 4140도 뜨임 온도를 205 °C에서 650 °C로 올리면 52–57 HRC에서 24–28 HRC까지 변한다.

강종	Q&T 공급 대역	담금질만 한 상태	뜨임의 이유
1045	220–290 HB	55–60 HRC (water)	뜨임하지 않은 마르텐사이트는 사용 중 갈라진다. 뜨임은 경도를 통제된 범위에서 내주고 인성을 되찾는다
4140	28–34 HRC pre-hard	55–60 HRC (oil)	500–650 °C 고온 뜨임으로 뜨임 소르바이트가 형성된다. 축과 기어가 이 상태로 지정된다

6061-T6는 6061-O보다 얼마나 강한가요?

6061-T6의 인장강도는 310 MPa(45 ksi)로 6061-O의 125 MPa(18 ksi) 대비 약 2.5배다. 항복강도는 276 대 55 MPa, 경도는 95 대 30 HB다. 이 차이는 전부 열처리에서 나오며 합금 성분 때문이 아니다. 표준 최소값은 대표값과 함께 병기한다. 6061-T6 판과 후판은 인장강도 290 MPa(42 ksi), 항복강도 240 MPa(35 ksi)를 충족해야 하며 310/276 MPa는 대표값이다.

합금 및 뜨임	인장강도 MPa(ksi)	항복강도 MPa(ksi)	연신율(%)	경도(HB)	출처
6061-O	125 (18)	55 (8)	25–27	30	S7 / S8
6061-T4 / T451	240 (35)	145 (21)	22	65	S7 / S8
6061-T6 / T651	310 (45)	276 (40)	12–15	95	S7 / S8

6061-T651은 6061-T6보다 강한가요?

아니다. 둘 다 인장강도 310 MPa(45 ksi), 항복강도 276 MPa이다. T651은 담금질 후 1–3%의 영구 인장을 가해 담금질 응력을 제거하므로 가공 중 치수 유지가 더 좋다. 판재와 패널 가공을 T651 소재에서 시작하는 이유다.

뜨임	공정	기계적 특성 차이	적용 규격	출처
O	완전 풀림 — 가열 후 천천히 냉각해 가장 무른 상태로 만든다	강도 가장 낮음, 성형성 가장 높음	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S19 / S7
T4	용체화 처리 후 상온에서 자연 시효	중간 강도, 성형성은 여전히 양호	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T6	용체화 처리 후 인공 시효로 최고 강도까지 올린다	이 합금의 최고 강도	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T651	T6에 1–3% 인장을 더해 시효 전 응력을 제거	강도는 T6와 동등. 가공 시 치수 안정성 향상	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S7 / S24
T73	용체화 처리 후 두 단계 시효로 과시효	강도는 T6보다 낮음. 응력부식 저항은 크게 향상. 주로 7xxx 계열	AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880	S9 / S2

T73 뜨임은 무엇이며 언제 선택해야 하나요?

T73은 항공우주 부품의 응력부식 저항을 위해 선택하는 과시효 두 단계 뜨임이다. 7075-T73의 강도는 공개된 두 기준을 별도 행으로 유지하며, ASM Handbook 대표값 505 MPa와 ASTM B209 후판 규격 460–475 MPa를 평균하지 않는다. 6061은 T73으로 공급되지 않으므로 수치는 7075가 담당한다.

적용 기준	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	연신율(%)	경도	출처
7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference)	505	435	13	—	S1 / S2
7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec)	460–475	385–390	5–8	126–140 HB	S9
7075-T6 — typical, for comparison	572 (83 ksi)	503 (73 ksi)	—	—	S7

17-4PH에서 가장 강한 표준 시효 조건은 무엇인가요?

H900은 482 °C(900 °F)에서 1시간 시효해 인장강도 최소 1,310 MPa(190 ksi), 항복강도 1,170 MPa(170 ksi), 경도 40 HRC 이상을 준다. 세 가지 표준 조건 중 최고 강도·최저 인성 쪽이다. 모든 값은 ASTM A564 / AMS 5643에 따른 봉재 규격 최소값이다.

조건	시효 온도 / 시간	인장강도 최소 MPa(ksi)	항복강도 최소 MPa(ksi)	연신율 최소(%)	경도	샤르피 V노치(ft-lb)	출처
H900	482 °C (900 °F) / 1 h	1,310 (190)	1,170 (170)	10	≥40 HRC (typical 44)	10–15 (low)	S3 / S23
H1025	552 °C (1,025 °F) / 4 h	1,070 (155)	1,000 (145)	12	≥35 HRC (typical 38)	35–45 (moderate)	S3 / S23
H1150	621 °C (1,150 °F) / 4 h	930 (135)	725 (105)	16	28–33 HRC (typical 33)	60–80 (high)	S3 / S23

17-4PH에서 인성이 가장 높은 조건은 무엇인가요?

H1150은 621 °C에서 시효해 인장강도 최소 930 MPa(135 ksi), 연신율 16%, 경도 28–33 HRC를 유지하며 세 조건 중 샤르피 인성이 가장 높다. H900에서 H1150으로 가면 인장강도는 약 30%, 항복강도는 약 38% 떨어지고 연신율은 10%에서 16%로 오른다. 시효 온도가 높을수록 구리 리치 석출물이 조대화되어 강도를 내주고 인성을 얻는다. 샤르피 값은 압연 방향의 대표 대역이며 제품 형상과 방향에 따라 변한다.

조건	샤르피 V노치(ft-lb)	연신율(%)	경도	최적 용도
H900	10–15 (low)	10	≥40 HRC	충격이나 극저온 노출이 없는 최고 강도 부품
H1025	35–45 (moderate)	12	≥35 HRC	범용 균형 조건
H1150	60–80 (high)	16	28–33 HRC	충격과 극저온에 노출되는 부품. NACE 적합 선택이기도 함

17-4PH는 NACE 사워 가스 환경에서 사용할 수 있나요?

NACE MR0175 / ISO 15156-3에서 적합한 것은 H1150뿐이며, 또는 히트별 검증으로 실제 경도가 33 HRC 이하임을 확인한 H1025다. 경도 최소 40 HRC인 H900은 적합하지 않다. 판정은 경도 기준이며 사워 서비스는 경도를 33 HRC 이하로 제한한다.

조건	규격 경도	NACE MR0175 판정	비고
H900	≥40 HRC (typical 44)	Not qualified	33 HRC 사워 서비스 상한을 크게 초과
H1025	≥35 HRC (typical 38)	Conditional	히트별 검증으로 실제 경도가 33 HRC 이하인 경우에만 가능
H1150	28–33 HRC (typical 33)	Compliant	사워 서비스의 표준 선택

수치 사용 방법

min으로 표시한 값은 적용 규격(ASTM / AMS)의 최소값이다. 표시가 없는 값은 대표값이며 제품 형상, 단면 치수, 로 운용에 따라 달라진다. 설계는 적용 규격과 밀 테스트 리포트를 따를 것.
강의 경도는 단면 치수가 커지면 떨어진다(질량 효과). 4140 프리하드닝의 28–34 HRC는 공급된 봉재 치수에 대한 값이므로 큰 단면은 카탈로그 값을 전제하지 말고 밀 테스트 리포트로 확인할 것.
대표 열처리 조건: 6061은 용체화 530 °C 수냉, T6 인공 시효 160 °C에서 약 18시간 또는 177 °C에서 약 8시간, O로 풀림은 413 °C. 7075-T73은 두 단계 시효로 110 °C 8시간 + 175 °C 8시간이며, 그 전에 475 °C에서 90분 용체화와 3일 자연 시효를 한다.
17-4PH의 각 조건은 하나의 용체화 상태 모재(약 1040 °C에서 냉각한 Condition A)를 서로 다른 온도에서 시효한 것이다. H 번호는 시효 온도를 °F로 나타낸다. 봉재는 ASTM A564/A564M, 판·박판은 ASTM A693, 항공우주 부품은 AMS 5643/5604를 따른다. 중국 대응 강종 05Cr17Ni4Cu4Nb는 GB/T 1220에 규정되어 있다.
담금질했으나 뜨임하지 않은 마르텐사이트(두 기준 강 모두 55–60 HRC)는 가공·연삭 시의 위험이며 납품 상태가 아니다. 강은 풀림, 불림 또는 담금질·뜨임 상태로 주문하고 나머지는 열처리 업체에 맡길 것.

자주 묻는 질문

1045 강의 풀림 상태와 불림 상태에서는 각각 어느 정도 경도를 기대할 수 있나요?
풀림한 1045는 약 160–200 HB(대표값 163 HB), 불림한 1045는 약 187 HB에 인장강도 640 MPa.

4140은 프리하드닝(담금질·뜨임) 상태로 어느 정도 경도로 공급되나요?
프리하드닝 4140은 보통 28–34 HRC. 540 °C에서 뜨임하는 표준 열처리는 28–32 HRC, 인장강도 1,000–1,100 MPa.

담금질 직후, 뜨임 전의 강은 얼마나 단단한가요?
1045(수냉)와 4140(유냉) 모두 담금질 상태에서 약 55–60 HRC에 이르지만, 뜨임하지 않은 마르텐사이트는 사용에 너무 취성이 강하다.

담금질과 뜨임(조질)은 무슨 뜻이며 왜 지정되나요?
담금질 후 500–650 °C 고온 뜨임으로 뜨임 소르바이트를 만든다. 대표값은 28–32 HRC이며 축과 기어에 최적의 강도·인성 균형을 준다.

6061-T6는 6061-O보다 얼마나 강한가요?
6061-T6 인장강도 310 MPa(45 ksi), 6061-O는 125 MPa(18 ksi)로 강도는 약 2.5배.

6061-T651은 6061-T6보다 강한가요?
아니다. 둘 다 인장강도 310 MPa(45 ksi), 항복강도 276 MPa. T651은 응력 제거를 위해 1–3% 인장을 더하므로 가공 시 치수 정밀도가 좋아진다.

T73 뜨임은 무엇이며 언제 선택해야 하나요?
과시효 두 단계 뜨임. 7075-T73은 ASM Handbook 기준 인장강도 505 MPa(ASTM B209 후판은 460–475 MPa)를 보이며 응력부식 저항을 위해 선택된다.

17-4PH에서 가장 강한 표준 시효 조건은 무엇인가요?
H900은 482 °C에서 1시간 시효해 인장강도 최소 1,310 MPa(190 ksi), 경도 40 HRC 이상. 세 조건 중 인성은 가장 낮다.

17-4PH에서 충격이나 극저온 부품에 가장 높은 인성을 주는 조건은 무엇인가요?
H1150은 621 °C에서 시효해 인장강도 930 MPa(135 ksi), 연신율 16%, 경도 28–33 HRC로 세 조건 중 샤르피 인성이 가장 높다.

17-4PH는 NACE 사워 가스 환경에서 사용할 수 있나요?
NACE MR0175에서는 H1150, 또는 경도 검증을 거친 최대 33 HRC의 H1025만 적합하다. 경도 최소 40 HRC인 H900은 적합하지 않다.

표준 및 출처

S1 — ASM Metals Handbook 제2권(Properties and Selection: Nonferrous Alloys), 제10판: 7075-T73 대표값
S2 — AA7075 단조품에 대한 동료 심사 연구(PMC): T73 시효 순서와 ASM 기준값
S3 — JN Alloys, 17-4PH 열처리: H900 / H1025 / H1150 조건 데이터(ASTM A564 최소값과 교차 검증)
S4 — Nifty Alloys, 4140 강 열처리: 온도별 뜨임 차트
S5 — steelstandart의 1045 등급 데이터: 풀림, Q&T, 담금질 상태 경도
S6 — 공개된 밀 시트, 1045 중인장 탄소강 봉재, 불림 특성
S7 — Tech Steel, 6061(UNS A96061) 특성: 뜨임별 대표값과 7075-T6 비교
S8 — Weltstahl, Aluminum 6061 데이터시트: 기계적 특성 대표값
S9 — 7075-T73 / T7351 판·후판 데이터: 두께별 기계적 특성(ASTM B209 기준)
S14 — ISO 2107, 알루미늄 뜨임 기호(중국 대응 규격은 GB/T 16475). S15 — AZoM 알루미늄 분류. S19 — GB/T 16475. S24 — 알루미늄 뜨임 가이드(T651 인장 처리)
S21 / S22 — 1045 풀림 상태 데이터(The World Material, SAE 1045 밀 데이터). S23 — Alloy 17-4PH 퀵 팩트 시트: 경도와 샤르피 대역
하중을 지지하는 최소값은 적용 규격에 규정되어 있다: ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
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