1. SM45C 개요
SM45C는 기계구조용 탄소강재로, 중탄소강에 해당한다. 명칭은 Steel(Material) Machine(구조용) Carbon(탄소강) 0.45%(탄소 함유량)에서 유래한다. 가공성, 강도, 열처리성의 균형이 우수하여 기계 부품 제작에 광범위하게 사용된다.
2. SM45C 화학 성분
| 원소 | 함량(%) |
|---|---|
| 탄소(C) | 0.42 ~ 0.48 |
| 규소(Si) | 0.15 ~ 0.35 |
| 망간(Mn) | 0.60 ~ 0.90 |
| 인(P) | 0.030 이하 |
| 황(S) | 0.035 이하 |
3. SM45C 기계적 성질
풀림 상태 기준으로 인장강도는 약 570~750 MPa, 항복강도는 약 330 MPa이며, 연신율은 20% 내외이다. 경도는 브리넬 경도(HB)로 약 170~220 정도를 보인다. 열처리(담금질 후 뜨임)를 적용하면 인장강도는 800~950 MPa 수준까지 향상될 수 있다.
4. SM45C 열처리
SM45C는 다양한 열처리 방법을 통해 요구되는 기계적 성질을 조정할 수 있다. 설계자는 부품의 사용 조건과 요구 특성을 고려하여 적절한 열처리 방법을 선택하는 것이 매우 중요하다.
▶ 풀림 (Annealing)
- 목적: 내부 응력 제거, 가공성 향상 / 조건: 약 850℃ 가열 후 노냉 / 결과: 조직 부드러움, 연성 증가
▶ 담금질 (Quenching)
- 목적: 고강도, 고경도 확보 / 조건: 820~860℃ 가열 후 수냉 또는 유냉 / 결과: 마르텐사이트 조직 형성
▶ 뜨임 (Tempering)
- 목적: 인성 확보 / 조건: 500~650℃ 재가열 후 공냉 / 결과: 강도와 인성의 균형 확보
▶ 고주파 경화처리
- 목적: 표면 경화 / 조건: 표면온도 800~900℃ 급속 냉각 / 결과: 표면 경도(HRC 50 이상) 확보
▶ 침탄 (Carburizing)
- 목적: 표면 탄소 확산 / 조건: 900~950℃ 탄소 분위기 유지 / 결과: 표면 경도 상승
▶ 질화 (Nitriding)
- 목적: 고경도, 내마모성 / 조건: 500~550℃ 암모니아 처리 / 결과: 내식성 향상
| 열처리 종류 | 주요 목적 | 적용 대상 부품 |
|---|---|---|
| 풀림 | 가공성 향상 | 가공 전처리 부품 |
| 담금질 | 강도/경도 상승 | 축, 핀, 일반 기계 부품 |
| 뜨임 | 인성 회복 | 담금질 부품 전부 |
| 고주파 경화 | 표면 경도 강화 | 축, 기어, 롤러 |
| 침탄 | 표면 경도 강화 | 경량축, 내마모 부품 |
| 질화 | 고경도, 내식성 | 내마모 부품 |
5. SM45C 주요 적용 분야
- 축(Shaft), 핀(Pin), 롤러(Roller), 플랜지(Flange) 등 기계 부품
- 자동차 부품(기어 허브, 크랭크샤프트)
- 산업기계 및 건설기계 부품
6. 설계 시 주의사항
- 열처리 명시: 반드시 열처리(Q+T) 사양 기재
- 용접성 고려: 프리히팅과 후열처리 필수
- 부식 방지: 방청처리 필수
- 응력 집중 완화: 필렛(Fillet) 적용 필수
7. 축 단면 변화부 필렛(R) 권장값
| 축 직경(Ø) | 권장 필렛(R) |
|---|---|
| 10mm 이하 | R 0.5mm 이상 |
| 10~20mm | R 0.8~1.0mm |
| 20~50mm | R 1.0~2.0mm |
| 50~100mm | R 2.0~4.0mm |
| 100mm 이상 | R 4.0mm 이상 |
8. SM45C와 피로파괴
반복되는 작은 하중에 의해 부품이 파단되는 현상으로, 축의 단면 변화부나 키홈 등 응력 집중 부위에서 발생합니다. 설계 시 필렛 적용과 표면처리가 필수입니다.
9. SM45C의 한계와 대안(SCM435)
고하중 부품에는 피로수명이 부족할 수 있습니다. 대안으로 SCM435(크롬-몰리브덴계 합금강)를 권장합니다.
10. 마무리
SM45C는 범용성이 뛰어난 소재이나, 특성을 충분히 이해하고 하중 조건에 따라 선정해야 합니다. 자격증 시험 준비 시에도 소재의 선택과 열처리를 반드시 고려하시기 바랍니다.
