금속 열처리:공정 및 이점 개요

몇 년 전 대장장이는 열을 사용하여 마차 부품, 편자 등의 금속을 성형했습니다. 원하는 모양으로 형성되면 금속은 빠르게 냉각됩니다. 이것은 일반적으로 금속을 훨씬 더 단단하고 덜 취하게 만들었습니다. 이것은 금속의 열처리라고 하는 기본 공정입니다. 현대적인 기계 가공 및 금속 가공 공정은 이제 더 정확하고 정교해졌습니다.

다양한 기술이 다양한 목적으로 금속을 형성하는 데 도움이 됩니다. 열처리 공정은 금속이 정밀 가공에 반응하는 방식을 변경합니다. 열처리는 금속의 여러 특성을 변경할 수 있습니다. 이러한 속성에는 경도, 강도, 성형성, 탄성, 가공성 등이 포함됩니다.

오늘날 여러 가지 열처리 방법이 있습니다. 야금학자들은 비용 효율성과 방법의 결과를 개선하기 위해 지속적으로 노력합니다. 이 방법을 적절하게 따를 경우 놀라운 화학적 및 물리적 특성을 가진 금속을 얻을 수 있습니다. 여기서는 철강 및 금속의 열처리 유형과 그 용도에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

열처리란 무엇인가 ?

일반적으로 강철의 열처리에는 재료의 가열 및 냉각이 포함됩니다. 금속 또는 합금은 특정 온도로 가열됩니다. 그런 다음 가열 된 재료를 경화시키기 위해 냉각이 발생합니다. 이 프로세스는 금속의 미세 구조를 변경하는 것을 목표로 합니다. 또한 원하는 기계적, 화학적, 물리적 특성을 이끌어내는 데 도움이 됩니다.

이러한 속성의 변경은 관련된 구성 요소의 작동 수명에 도움이 됩니다. 예를 들어, 연성, 강도, 표면 경도 또는 내열성이 증가할 수 있습니다. 열처리는 금속 제조 공정의 필수적인 측면 중 하나입니다. 마모에 잘 견디도록 금속 부품을 개선하는 데 도움이 되기 때문입니다.

열처리의 일반적인 정의는 금속의 가열 및 냉각일 수 있습니다. 그러나 열처리 공정은 더 통제됩니다. 가열 및 냉각 과정이 진행되는 동안 작업 금속의 모양은 그대로 유지됩니다.

이 과정에서 재료의 구조적 및 물리적 특성이 원하는 목적에 맞게 변경됩니다. 추가 금속 작업을 위한 것일 수도 있습니다. 강철이나 금속의 열처리는 다양한 제조 단계에서 중요한 역할을 합니다.

어떻게 금속 열처리 일?

열처리에는 여러 유형이 있지만 유사한 프로세스를 따릅니다. 첫 번째 단계는 금속 또는 합금을 필요한 온도로 가열하는 것입니다. 때로는 온도가 2400°F까지 올라갑니다. 냉각되기 전에 지정된 시간 동안 온도를 유지합니다.

금속이 뜨거울 때 미세 구조가 바뀝니다. 이것은 금속의 물리적 구조입니다. 구조의 변화는 궁극적으로 금속의 물리적 특성의 변화를 초래합니다. '소크 시간'은 금속을 가열하는 데 사용되는 시간입니다.

담금질 시간은 열처리 과정에서 중요한 요소입니다. 더 오랜 기간 동안 침지된 금속은 더 짧은 기간 동안 침지된 것보다 더 많은 미세 구조 변화를 갖습니다. 금속의 냉각도 최종 결과에 중요한 역할을 합니다.

냉각 과정은 급냉될 수 있습니다. 다른 경우에는 용광로에서 천천히 냉각할 수 있습니다. 최상의 냉각 유형은 공정에서 예상되는 최종 결과에 따라 다릅니다. 따라서 철강 및 금속의 열처리를 시작하기 전에 이러한 요소를 고려하는 것이 중요합니다.

또 다른 요인은 또한 금속의 어떤 특성이 변하는지를 결정합니다. 이것은 제조 공정 중 열처리를 위한 특정 시간입니다. 일부 금속은 제조 중에 여러 번 가열해야 할 수도 있습니다. 따라서 작업을 올바르게 수행하는 가장 좋은 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

장점 금속 열처리

금속의 열처리 없이는 장치 및 장비의 금속 부품과 같은 것이 없을 수 있습니다. 그들이 존재하더라도 올바른 방식으로 작동하지 않을 것입니다. 예를 들어, 비철 금속 부품은 여러 응용 분야에서 너무 약할 수 있습니다.

강철 및 알루미늄과 같은 금속 및 합금의 강화는 열처리를 통해 발생합니다. 이러한 금속의 많은 응용 분야는 비행기, 자동차, 컴퓨터 등에 있습니다. 이 제품은 강도가 높은 금속에 의존합니다. 이는 적절한 안전과 향상된 성능을 보장하기 위한 것입니다.

열처리 후 변화하는 주요 기계적 특성은 전단 강도입니다. 다른 것들은 인장 강도와 인성을 포함합니다. 열처리된 금속은 일반적으로 더 강하여 내구성을 보장합니다. 따라서 때때로 고가의 금속 부품을 교체할 필요가 없습니다.

효과적으로 열처리된 금속 부품을 사용하면 기계를 효과적이고 비용 효율적으로 작동할 수 있습니다. 더욱이 이 제품은 가장 까다로운 응용 분야에서도 훨씬 더 효율적입니다. 또한 일부 응용 분야에는 극도로 단단한 금속이 필요할 수 있습니다. 응용 프로그램은 고도로 정의된 가장자리가 필요한 응용 프로그램일 수 있습니다.

금속의 열처리는 원하는 성능을 얻는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 또한 연성 기본 재료로 단단한 표면을 개발하는 데 도움이 됩니다. 응용 프로그램의 이점 외에도 열처리는 제조업체에도 유용합니다.

적절한 열처리 과정은 내부 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다. 결과적으로 이것은 금속을 용접하거나 기계가공하기 쉽게 만듭니다. 열간 성형과 같은 공정은 시간이 지남에 따라 강재에 응력을 생성할 수 있습니다. 따라서 이러한 재료는 열처리로부터 큰 이점을 얻습니다. 간단히 말해서 금속 열처리의 이점은 다음과 같습니다.

• 강도를 높여 재료를 연성 또는 유연하게 만듭니다.
• 금속에 내마모성을 부여합니다.
• 응력을 줄여 부품을 더 쉽게 가공하거나 용접할 수 있습니다.
• 취성을 개선합니다.
• 금속의 전기적, 자기적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

열처리 유형 및 가공 목적

앞서 언급했듯이 모든 열처리 공정에는 가열 및 냉각이 포함됩니다. 이 섹션에서는 네 가지 주요 열처리 유형에 대해 설명합니다. 또한 가공에서 고유한 목적을 이해하게 될 것입니다.

경화

경화는 금속 재료를 특정 온도로 가열하는 것을 포함합니다. 이 온도는 금속에 존재하는 원소가 용액으로 들어가는 지점입니다. 금속의 결정 격자 구조에는 가소성의 원인이 되는 결함이 있을 수 있습니다. 열처리는 이러한 결함을 해결하는 데 도움이 됩니다.

이는 금속을 미세 입자의 용액으로 가져옴으로써 수행됩니다. 이것은 금속 재료를 강화하는 역할을 합니다. 금속이 필요한 온도로 완전히 가열되면 가능한 한 빨리 급냉됩니다. 담금질은 금속이 용액에 입자를 가두는 데 도움이 됩니다. 어떤 경우에는 기술자가 합금에 불순물을 추가하여 강도를 더욱 높일 수 있습니다.

경화의 목적은 금속의 강도를 높이는 것입니다. 동시에 연성은 감소시키면서 금속을 더 취성으로 만듭니다. 따라서 경화 후 금속을 템퍼링하면 도움이 됩니다.

템퍼링

이것은 강철의 복원력을 높이는 데 도움이 되는 또 다른 열처리 공정입니다. 철 기반 합금은 일반적으로 단단하지만 특정 응용 분야에서는 종종 너무 부서지기 쉽습니다. 템퍼링은 금속의 경도, 취성 및 연성을 변경하는 데 도움이 됩니다. 이는 가공 공정을 보다 쉽게 ​​하기 위한 것입니다.

이 경우 임계점 이하의 온도에서 가열이 발생합니다. 낮은 온도는 취성을 줄이고 경도를 유지하는 경향이 있습니다. 템퍼링은 경화로 인한 경도를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이렇게 하면 금속에 대한 새로운 물리적 특성을 개발할 수 있습니다. 따라서 열처리 중 경화 후에 템퍼링을 해야 하는 경우가 많습니다.

어닐링

이 프로세스는 강철, 알루미늄, 구리, 은 또는 황동과 같은 금속에 적합합니다. 어닐링은 금속을 특정 온도로 가열하는 것을 포함합니다. 그런 다음 변형을 위해 일정 시간 동안 해당 온도에서 금속을 유지합니다. 그런 다음 공랭이 발생합니다.

냉각은 은, 구리 및 황동의 경우 천천히 또는 빠르게 발생할 수 있습니다. 그러나 효과적인 어닐링을 위해서는 강의 냉각이 점진적이어야 합니다. 어닐링은 경화의 반대를 수행합니다. 그것은 연성을 증가시키면서 금속의 경도를 감소시킵니다. 따라서 금속 작업이 용이합니다. 또한 약한 금속을 고정하는 좋은 방법입니다. 동시에 금속의 내부 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.

정규화

정규화는 또 다른 형태의 어닐링입니다. 이 경우 금속 재료는 어닐링보다 높은 200°F까지 가열됩니다. 기술자는 변형이 일어날 때까지 금속을 임계 온도로 유지합니다. 이 열처리 공정은 가열 후 공냉이 필요합니다.

이 과정은 더 작은 오스테나이트 결정립으로 이어집니다. 공기 냉각은 보다 정제된 페라이트 입자를 생성하는 데 도움이 됩니다. 금속에서 모든 형태의 내부 응력을 제거하는 역할을 합니다. 내부 응력으로 인해 금속이 파손될 수 있습니다. 따라서 금속을 정상화하는 것이 중요합니다. 그런 다음 경화를 통해 제조 공정의 성공을 보장할 수 있습니다.

결론

금속의 열처리는 금속의 기계적 특성을 향상시키는 좋은 방법입니다. 물리적인 것 외에도 금속의 전기적 및 자기적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이렇게 하면 부품과 다른 재료의 호환성이 더욱 향상됩니다.

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FAQ – 금속 열처리

금속을 열처리하면 금속이 더 강해집니까?

특정 온도 범위로 가열하면 더 순수하고 단단한 금속을 얻을 수 있습니다. 열처리는 일반적으로 더 강한 금속을 생성합니다. 그러나 일부 처리로 인해 금속이 약해질 수도 있습니다.

금속을 열처리하는 동안 어떤 일이 발생합니까?

금속의 온도가 증가하면 표면적, 부피 및 길이가 증가합니다. 따라서 열처리는 금속을 팽창시킵니다(열팽창). 팽창 정도는 사용하는 금속의 종류에 따라 다릅니다.

강은 어떤 온도에서 약해집니까?

모든 강재에는 인성에 대한 상한과 하한이 있습니다. 강의 인성이 떨어지는 온도는 '연성에서 취성으로의 전이 온도'를 나타냅니다. 이는 일반적으로 0.01% 탄소강의 경우 약 75°C입니다. 강재의 종류에 따라 온도가 다릅니다.