ASTM E837 · QUENCHING · TEMPERING

열처리 공정별 잔류응력 분포

퀜칭(담금질)·템퍼링 조건에 따라 금속 내부의 잔류응력 분포는 크게 달라집니다. ASTM E837 홀드릴링법으로 조건별 잔류응력 분포를 정밀 측정·비교하여 치수 변형·균열·SCC 원인을 규명하고 최적 공정 조건을 도출합니다.

열처리 공정
퀜칭 · 템퍼링 · 침탄 · 질화

3대

주요 결함 유발 인자
변형 · 균열 · SCC

E837

ASTM 국제표준 적용
깊이별 분포 프로파일링

열처리 후 잔류응력이 중요한 이유

열처리 공정에서는 급격한 가열·냉각 사이클로 인해 부품 내부에 불균일한 잔류응력이 형성됩니다. 이 잔류응력이 적절히 관리되지 않으면 제품 수명·품질·안전성에 직접적인 영향을 미칩니다.

DEFECT 01

치수 변형 (Distortion)

퀜칭 시 급격한 온도 구배로 부품이 뒤틀리거나 휩니다. 정밀 가공 후 열처리하는 금형·기어·축류 부품에서 치수 불량의 주요 원인입니다.

DEFECT 02

균열 · 파손 (Crack)

표면 인장 잔류응력이 임계 수준을 초과하면 퀜칭 균열이 발생합니다. 피로 하중 환경에서는 균열 전파를 가속시켜 조기 파단으로 이어집니다.

DEFECT 03

응력부식균열 (SCC)

인장 잔류응력이 존재하는 부위에 부식 환경이 더해지면 SCC가 급격히 진행됩니다. 해양·화학·발전 설비 등 가혹 환경에서 특히 위험합니다.

측정 방법 — ASTM E837 홀드릴링

ASTM E837 홀드릴링법은 반파괴적(Semi-destructive) 방식으로, 직경 1.6~2mm의 소형 홀을 단계적으로 드릴링하면서 로제트 스트레인게이지로 응력 이완량을 측정합니다. 1µm 단위 스테핑모터 제어로 깊이별(depth profile) 잔류응력 분포를 정밀하게 파악합니다.

STEP 01

로제트 게이지 부착

측정 위치 표면 처리 후 ASTM E837 규격 로제트 스트레인게이지 본딩

STEP 02

스테핑모터 드릴링

1µm 단위 정밀 제어 드릴링 — 각 깊이 단계에서 변형률 자동 취득

STEP 03

깊이별 분포 분석

EVAL 소프트웨어로 주응력(σ₁, σ₂), 방향각(β), 깊이 프로파일 자동 산출

STEP 04

성적서 제공

ASTM E837 기준 정량 보고서 — Excel · PDF 형식, 공식 인증용 발행 가능

SINT MTS3000-Restan — 열처리 부품 잔류응력 측정 설정

실제 측정 사례 — 열처리 조건별 잔류응력 분포 비교

씨앤디테크가 수행한 실제 열처리 잔류응력 측정 사례입니다. 퀜칭 온도, 냉각 매체, 템퍼링 온도 등 공정 조건을 달리한 시편을 각각 측정하여, 조건별 잔류응력 분포 변화를 정량 비교 분석하고 고객사에 보고서를 제공하였습니다.

시편은 고객사로부터 수령 후 당사에서 측정을 진행하였습니다. 퀜칭 후 형성된 조직은 매우 단단하지만 높은 인장/압축 잔류응력을 내부에 품고 있어 치수 변형이나 크랙에 취약합니다. 템퍼링 후 응력이 얼마나 완화되었는가를 ASTM E837 홀드릴링으로 정량 확인하는 것이 핵심입니다.

SPECIMEN — 열처리 조건별 시편

열처리 조건별 시편 ① — 공정 조건에 따라 시편 구분 준비

열처리 조건별 시편 ② — 로제트 스트레인게이지 부착 준비

MEASUREMENT — 잔류응력 측정 진행

잔류응력 측정 진행 ① — 로제트 게이지 부착 후 홀드릴링

잔류응력 측정 진행 ② — 1µm 단위 스테핑모터 제어 드릴링

RESULT — 전 조건 측정 완료

측정 완료 ① — 조건별 시편 전체 측정 완료

측정 완료 ② — 홀드릴링 후 로제트 게이지 상태

측정 완료 ③ — 다수 조건 시편 측정

측정 완료 ④ — 전 조건 시편 ASTM E837 기준 측정 완료

ANALYSIS — 잔류응력 분포 곡선

열처리 조건별 잔류응력 분포 곡선 — 공정 조건에 따른 깊이별 응력 변화 비교

비교 조건	퀜칭 온도(800~950℃), 냉각 매체(수냉·유냉·공냉), 템퍼링 온도(150~600℃)
측정 결과	깊이별 주응력(σ₁, σ₂) 분포 그래프, 방향각(β), 표면~심부 잔류응력 프로파일
활용	최적 공정 조건 도출, 불량 원인 규명, 품질 인증 데이터, 연구·개발 보고서
관련 기술자료	→ ASTM E837 홀드릴링 측정 원리 보기

적용 열처리 공정 및 부품

아래 열처리 공정을 거친 모든 금속 부품에 적용 가능합니다. 소재 탄성계수(E)와 포아송비(ν)를 알면 대부분의 합금강에 측정이 가능합니다.

퀜칭 (Quenching) 템퍼링 (Tempering) 침탄 (Carburizing) 질화 (Nitriding) 고주파 열처리 쇼트피닝 후 검증 기어 · 샤프트 베어링 레이스 금형 · 다이 자동차 구동계 항공우주 구조재 압력용기 · 배관

씨앤디테크 서비스

씨앤디테크는 SINT MTS3000-Restan 시스템을 활용한 열처리 부품 잔류응력 측정 용역과 장비 공급을 모두 지원합니다. 시편 사양, 측정 위치, 공정 조건을 알려주시면 최적 측정 방안을 제안드립니다.

측정 용역

시편 수령 또는 현장 방문 측정
공정 조건별 비교 분석
ASTM E837 기준 성적서 발행

장비 공급

MTS3000-Restan 시스템 판매
로제트 게이지 · 소모품 공급
설치 · 교육 · 기술지원

자주 묻는 질문 (FAQ)

열처리 잔류응력 측정 — 공정·적용·서비스 관련 질문

어떤 열처리 공정에서 잔류응력 측정이 필요한가요?

퀜칭(Quenching), 템퍼링(Tempering), 침탄(Carburizing), 질화(Nitriding), 고주파 열처리(Induction Hardening) 등 대부분의 열처리 공정 후 잔류응력 측정이 권장됩니다. 특히 급격한 온도 변화가 수반되는 퀜칭 공정에서는 표면과 심부의 냉각 속도 차이로 인해 큰 잔류응력이 발생하므로, 치수 안정성과 피로 수명 관리를 위해 측정이 중요합니다.

퀜칭 후 잔류응력은 왜 위험한가요?

퀜칭 시 표면은 빠르게 냉각·수축하고 내부는 상대적으로 느리게 냉각됩니다. 이 온도 구배로 인해 표면에 인장 잔류응력이 형성될 수 있으며, 과도하면 퀜칭 균열(Quench Crack), 사용 중 피로파단, 응력부식균열(SCC) 등의 결함으로 이어집니다. 반대로 쇼트피닝 등으로 압축 잔류응력을 부여하면 피로 수명이 향상되며, 이를 측정으로 검증합니다.

열처리 전후 잔류응력 비교 측정도 가능한가요?

가능합니다. 열처리 전(소재 단계) 및 각 공정 단계별로 동일 시편 또는 동일 형상의 시편을 측정하면, 공정 조건(온도, 냉각 속도, 매체)이 잔류응력 분포에 미치는 영향을 정량적으로 비교할 수 있습니다. 이 데이터는 최적 공정 조건 도출 및 불량 원인 분석에 직접 활용됩니다.

측정 성적서는 어떤 형태로 제공되나요?

ASTM E837 기준에 따른 측정 성적서를 제공합니다. 내용에는 최대·최소 주응력(σ₁, σ₂) 및 방향각(β), 깊이별 응력 분포 그래프, 측정 조건(게이지 타입, 홀 직경, 소재 물성), 불확도 분석이 포함됩니다. Excel 및 PDF 형식으로 제공되며, 연구보고서·품질인증·규격 심사용으로 활용 가능합니다.

열처리 부품에는 어떤 스트레인게이지 로제트를 사용하나요?

ASTM E837 홀드릴링 전용 3축 로제트를 사용합니다. TML 제품은 FRS(단축)·FRAS(3축) 시리즈, Micro-Measurements 제품은 062UR 패턴의 직사각 로제트가 표준입니다. 열처리된 강재(퀜칭·템퍼링·침탄·질화)에는 온도보상 코드 11(TML) 또는 STC 06(MM, 탄소강·스테인리스 기준)을 소재에 맞춰 선정하며, 고온 열처리 직후 잔열이 남은 상태에서 측정할 경우 QF/ZF 계열 등 고온용 게이지로 대체합니다.

열처리 부품 잔류응력 측정 · 장비 문의

시편 소재·형상·공정 조건을 알려주시면 최적 측정 방안과 비용을 안내해 드립니다. 용역 측정 · 장비 구매 · 공정 컨설팅 모두 가능합니다.

문의하기 → 031-680-1225 wgjeon@cndtec.co.kr