침탄 깊이 계산기 (Carburizing Case Depth, Harris 식)
침탄 온도와 시간을 넣으면 Harris 식으로 겉보기 침탄깊이를 구하고, 바탕·표면 탄소와 사내 기준 탄소로 유효경화깊이와 총 침탄깊이를 추정합니다. 목표 깊이에 필요한 시간과 온도별 비교, 탄소 분포 추정을 함께 보여 줍니다.
계산 근거
겉보기 침탄깊이 C.D.(in) = 31.6√t / 10^(6700/T), T 랭킨(°F + 460), t 시간 — F.E. Harris, Metal Progress 1943년 8월호 270쪽 식 (3). 유효경화깊이·총 침탄깊이는 같은 글 Table III 표준 탄소 기울기(24개 시험 평균)로 추정. 유효경화깊이 정의 550 HV(IS 6416:1988 3.2절), 총 경화깊이 탄소 +0.04%(6.2.3절). 원문 범위 1350~1850 °F, 1~30 h, 표면 포화 탄소. 공정 조건 참고용 추정입니다.
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자주 묻는 질문 (FAQ)
Harris 식은 어떤 식인가요?
F.E. Harris(GM Buick)가 Metal Progress 1943년 8월호에 낸 식으로, 침탄 깊이가 시간의 제곱근에 비례하고 온도에 따라 지수적으로 커진다는 관계입니다. 원문은
C.D.(in) = 31.6√t / 10^(6700/T) 이고 T 는 랭킨 온도(°F + 460), t 는 시간입니다. 원문 검증값은 1 시간에 1600 °F 0.018 in, 1650 °F 0.021 in, 1700 °F 0.025 in 입니다.겉보기 침탄깊이와 유효경화깊이는 어떻게 다른가요?
Harris 의 깊이는 "겉보기 침탄깊이"로, 실제 탄소 분포와 면적이 같은 직선이 바탕 탄소선과 만나는 깊이입니다. 도면에 쓰는 유효경화깊이는 담금질·뜨임 뒤 경도가 550 HV 가 되는 깊이입니다(IS 6416:1988 3.2절). 이 도구는 Harris 표준 탄소 기울기(Table III)에서 사용자가 정한 기준 탄소가 되는 위치를 찾아 유효경화깊이를 추정합니다.
유효경화 기준 탄소는 얼마를 넣어야 하나요?
550 HV 가 되는 탄소량은 강종 담금질성, 부품 두께, 냉각제에 따라 달라 하나로 정해져 있지 않습니다. 기본 0.40% 는 예시값입니다. 자사 부품의 단면 경도 분포와 탄소 분석(또는 같은 로트 시험편)을 맞대어 550 HV 지점의 탄소를 정한 뒤 넣으세요.
표면 탄소 기본값 1.24% 는 어디서 왔나요?
Harris 원문에서 1650 °F 포화 침탄 때 SAE 1020 의 표면 탄소로 추정한 값입니다(같은 표에서 8720 1.22, 3115·4620 1.17, 2515 1.06). 자사 로의 탄소 포텐셜 설정값이나 표면 분석값이 있으면 그 값으로 바꾸세요.
어떤 조건에서 이 식이 맞나요?
원문 표는 1350~1850 °F(약 732~1010 °C), 1~30 시간을 다루고 실험은 1600~1700 °F 에서 했습니다. 표면 탄소가 포화로 유지되는 침탄을 가정하고, 합금원소가 확산 속도에 주는 영향은 작다고 보았습니다. 범위 밖 조건이나 탄소 포텐셜을 단계별로 바꾸는 공정(boost-diffuse), 진공·저압 침탄은 실측 곡선을 쓰세요.
총 침탄깊이는 어떻게 정하나요?
IS 6416:1988 6.2.3절은 화학분석법의 총 경화깊이를 탄소가 심부보다 0.04% 높은 마지막 층까지로 둡니다. 이 도구는 같은 정의로 표준 탄소 기울기에서 위치를 찾습니다. Harris 표가 겉보기 깊이의 120% 까지만 있어 그보다 깊으면 "-" 로 표시합니다.
침탄 뒤 경도를 다른 척도로 보고 싶어요.
표면 경도를 HRC·HV·HB 로 바꿔 보려면 경도 환산 계산기를, 침탄 뒤 뜨임 조건을 바꿀 때는 템퍼링 등가 조건 계산기를 쓰세요.
이 결과로 침탄 시간을 바로 정해도 되나요?
공정 조건 참고용 추정입니다. 첫 로트는 시험편을 함께 넣어 단면 경도 분포로 유효경화깊이를 확인하고, 열처리 담당 기술자 검토를 거쳐 작업표준에 반영하세요. 고객 승인 공정이라면 변경 절차도 함께 확인하세요.
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