금속
산업 제조
열처리는 원하는 특성을 얻기 위해 미리 결정된 특정 방법을 사용하여 금속을 가열 및 냉각하는 과정입니다. 철 금속과 비철 금속 모두 열처리를 거쳐 사용됩니다.
시간이 지남에 따라 많은 다른 방법이 개발되었습니다. 오늘날에도 야금학자들은 이러한 공정의 결과와 비용 효율성을 개선하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 이를 위해 다양한 등급을 생산하기 위해 새로운 일정이나 주기를 개발합니다. 각 일정은 금속을 가열, 유지 및 냉각하는 속도가 다릅니다.
이러한 방법을 세심하게 따를 경우 현저하게 특정한 물리적 및 화학적 특성을 가진 다양한 표준의 금속을 생산할 수 있습니다.
열처리를 하는 이유는 다양합니다. 일부 절차는 금속을 부드럽게 만드는 반면 다른 절차는 경도를 높입니다. 또한 이러한 재료의 전기 및 열 전도성에도 영향을 미칠 수 있습니다.
일부 열처리 방법은 초기 냉간 가공 공정에서 유발된 응력을 완화합니다. 다른 것들은 금속에 바람직한 화학적 특성을 발달시킵니다. 완벽한 방법을 선택하는 것은 실제로 금속 유형과 필요한 속성에 달려 있습니다.
경우에 따라 금속 부품은 여러 열처리 절차를 거칠 수 있습니다. 예를 들어, 항공기 제조 산업에서 사용되는 일부 초합금은 응용 분야에 맞게 최적화하기 위해 최대 6가지 다른 열처리 단계를 거칠 수 있습니다.
간단히 말해서 열처리는 금속을 가열하고 그 온도로 유지한 다음 다시 냉각시키는 과정입니다. 이 과정에서 금속 부품의 기계적 특성이 변경됩니다. 이는 고온이 금속의 미세 구조를 변화시키기 때문입니다. 그리고 미세구조는 재료의 기계적 성질에 중요한 역할을 합니다.
최종 결과는 다양한 요인에 따라 달라집니다. 여기에는 가열 시간, 금속 부품을 특정 온도로 유지하는 시간, 냉각 속도, 주변 조건 등이 포함됩니다. 매개변수는 열처리 방법, 금속 유형 및 부품 크기에 따라 다릅니다.
이 과정에서 금속의 특성이 변경됩니다. 이러한 특성 중에는 전기 저항, 자기, 경도, 인성, 연성, 취성 및 내식성 등이 있습니다.
우리가 이미 논의한 바와 같이 합금의 미세 구조는 열처리 중에 변경됩니다. 가열은 규정된 열 프로파일에 따라 수행됩니다.
합금은 가열될 때 세 가지 다른 상태 중 하나로 존재할 수 있습니다. 기계적 혼합물, 고용체 또는 이 둘의 조합일 수 있습니다.
기계적 혼합물은 시멘트가 모래와 자갈을 함께 묶는 콘크리트 혼합물과 유사합니다. 모래와 자갈은 여전히 별도의 입자로 표시됩니다. 금속 합금의 경우 기계적 혼합물이 기본 금속에 의해 함께 고정됩니다.
반면 고용체에서는 모든 성분이 균일하게 혼합됩니다. 즉, 현미경으로도 개별적으로 식별할 수 없습니다.
모든 상태는 다른 특성을 가져옵니다. 상도에 따라 가열을 통해 상태를 변경할 수 있습니다. 그러나 냉각이 최종 결과를 결정합니다. 전적으로 방법에 따라 합금이 세 가지 상태 중 하나로 끝날 수 있습니다.
유지 또는 담금 단계 동안 금속은 달성된 온도로 유지됩니다. 그 기간은 요구 사항에 따라 다릅니다.
예를 들어, 표면 경화는 표면 경도를 증가시키기 위해 금속 표면의 구조적 변화만 필요합니다. 동시에 다른 방법에는 균일한 속성이 필요합니다. 이 경우 보유 기간이 더 길어집니다.
담그는 시간은 재료 유형과 부품 크기에 따라 다릅니다. 균일한 속성이 목적인 경우 더 큰 부품은 더 많은 시간이 필요합니다. 큰 부품의 코어가 필요한 온도에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.
담금질 단계가 완료된 후 금속은 규정된 방식으로 냉각되어야 합니다. 이 단계에서도 구조적 변화가 일어난다. 냉각에 대한 고용체는 다양한 요인에 따라 동일하게 유지되고 기계적 혼합물이 완전히 또는 부분적으로 될 수 있습니다.
염수, 물, 오일 또는 강제 공기와 같은 다양한 매체가 냉각 속도를 제어합니다. 위에서 명명된 냉각 매체의 순서는 유효 냉각 속도가 감소하는 순서입니다. 염수는 열을 가장 빨리 흡수하고 공기는 가장 느립니다.
냉각 공정에서 용광로를 사용하는 것도 가능합니다. 제어된 환경은 느린 냉각이 필요할 때 높은 정밀도를 허용합니다.
선택할 수 있는 열처리 기술이 꽤 있습니다. 그들 모두는 특정한 자질을 가지고 있습니다.
가장 일반적인 열처리 방법은 다음과 같습니다.
어닐링에서 금속은 상한 임계 온도 이상으로 가열된 다음 느린 속도로 냉각됩니다.
어닐링은 금속을 부드럽게 하기 위해 수행됩니다. 그것은 금속을 냉간 가공 및 성형에 더 적합하게 만듭니다. 또한 금속의 가공성, 연성 및 인성을 향상시킵니다.
어닐링은 또한 이전 냉간 가공 공정으로 인해 발생하는 부품의 응력을 완화하는 데 유용합니다. 존재하는 소성 변형은 금속 온도가 임계 상한 온도를 초과할 때 재결정 중에 제거됩니다.
금속은 재결정화 어닐링, 전체 어닐링, 부분 어닐링 및 최종 어닐링과 같은 과도한 어닐링 기술을 거칠 수 있습니다.
노멀라이징은 용접, 주조, 담금질 등의 공정에서 발생하는 내부 응력을 완화하기 위해 사용되는 열처리 공정입니다.
이 과정에서 금속은 임계 상한 온도보다 40°C 높은 온도로 가열됩니다.
이 온도는 경화 또는 어닐링에 사용되는 온도보다 높습니다. 이 온도에서 지정된 시간 동안 유지한 후 공기 중에서 냉각합니다. 정규화하면 부품 전체에 균일한 입자 크기와 구성이 생성됩니다.
노멀라이즈드 스틸은 어닐링된 스틸보다 더 단단하고 강합니다. 사실, 정규화된 형태의 강철은 다른 어떤 조건보다 더 단단합니다. 이것이 충격 강도가 필요하거나 막대한 외부 하중을 지원해야 하는 부품이 거의 항상 정상화되는 이유입니다.
가장 일반적인 열처리 공정인 경화는 금속의 경도를 높이는 데 사용됩니다. 경우에 따라 표면만 경화될 수 있습니다.
공작물을 지정된 온도로 가열한 후 냉각 매체에 담그어 급속 냉각하여 가공물을 경화시킵니다. 기름, 소금물 또는 물을 사용할 수 있습니다. 결과 부품은 경도와 강도가 증가하지만 취성도 동시에 증가합니다.
케이스 경화는 가공물의 외층만 경화시키는 일종의 경화 공정입니다. 사용된 공정은 동일하지만 얇은 외층이 공정을 거치기 때문에 결과물은 외층은 단단하지만 코어는 더 부드럽습니다.
이것은 샤프트에 일반적입니다. 단단한 외부 레이어가 소재 마모로부터 보호합니다. 베어링을 샤프트에 장착하면 표면이 손상되고 일부 입자가 탈구되어 마모 과정이 가속화될 수 있습니다. 경화된 표면은 그로부터 보호 기능을 제공하며 코어는 여전히 피로 응력을 처리하는 데 필요한 속성을 가지고 있습니다.
시효 또는 석출 경화는 가단성 금속의 항복 강도를 높이기 위해 주로 사용되는 열처리 방법입니다. 이 공정은 금속 입자 구조 내에서 균일하게 분산된 입자를 생성하여 특성을 변화시킵니다.
석출 경화는 일반적으로 더 높은 온도에 도달하는 또 다른 열처리 공정 후에 발생합니다. 그러나 노화는 온도를 중간 수준으로만 올렸다가 다시 빠르게 내립니다.
일부 재료는 자연적으로(실온에서) 노화될 수 있지만 다른 재료는 인위적으로, 즉 상승된 온도에서만 노화됩니다. 자연적으로 노화되는 재료의 경우 낮은 온도에서 보관하는 것이 편리할 수 있습니다.
응력 완화는 보일러 부품, 공기병, 축압기 등에 특히 일반적입니다. 이 방법은 금속을 임계 하한선 바로 아래의 온도로 끌어 올립니다. 냉각 과정이 느리므로 균일합니다.
이는 성형, 기계 가공, 롤링 또는 스트레이트닝과 같은 초기 공정으로 인해 부품에 축적된 응력을 완화하기 위해 수행됩니다.
템퍼링은 과도한 경도를 감소시켜 경화 과정에서 유발되는 취성을 줄이는 과정입니다. 내부 스트레스도 완화됩니다. 이 과정을 거치면 그러한 특성이 필요한 많은 응용 분야에 적합한 금속을 만들 수 있습니다.
온도는 일반적으로 경화 온도보다 훨씬 낮습니다. 사용 온도가 높을수록 최종 가공물이 부드러워집니다. 냉각 속도는 템퍼링 동안 금속 구조에 영향을 미치지 않으며 일반적으로 금속은 정지된 공기 중에서 냉각됩니다.
이 열처리 과정에서 금속은 분해 시 탄소를 방출하는 다른 물질이 있는 상태에서 가열됩니다.
방출된 탄소는 금속 표면으로 흡수됩니다. 표면의 탄소 함량이 증가하여 내부 코어보다 단단해집니다.
철 금속이 열처리 재료의 대부분을 차지하지만 구리, 마그네슘, 알루미늄, 니켈, 황동 및 티타늄의 합금도 열처리될 수 있습니다.
열처리된 금속의 약 80%는 다른 등급의 강철입니다. 열처리 가능한 철금속에는 주철, 스테인리스강 및 다양한 등급의 공구강이 있습니다.
경화, 어닐링, 노멀라이징, 응력 완화, 케이스 경화, 질화 및 템퍼링과 같은 공정은 일반적으로 철 금속에서 수행됩니다.
구리 및 구리 합금은 어닐링, 시효 및 담금질과 같은 열처리 방법을 거칩니다.
알루미늄은 어닐링, 용체화 열처리, 자연 및 인공 노화와 같은 열처리 방법에 적합합니다. 알루미늄 열처리는 정밀한 공정입니다. 공정 범위를 설정하고 원하는 특성에 대해 각 단계에서 신중하게 제어해야 합니다.
분명히 모든 재료가 열처리 형태에 적합한 것은 아닙니다. 마찬가지로, 단일 재료가 반드시 각 방법의 이점을 얻는 것은 아닙니다. 따라서 원하는 결과를 얻으려면 모든 재료를 별도로 연구해야 합니다. 앞서 언급한 방법이 미치는 영향에 대한 위상 다이어그램과 사용 가능한 정보를 사용하는 것이 출발점입니다.
열처리는 금속이 용융 또는 용융 단계에 도달하지 않고 금속을 가열한 다음 원하는 기계적 특성을 선택하기 위해 제어된 방식으로 금속을 냉각하는 과정입니다. 열처리는 금속을 더 강하거나 더 가단성, 내마모성 또는 연성을 높이는 데 사용됩니다.
예를 들어, 알루미늄 합금 자동차 주물은 경도와 강도를 향상시키기 위해 열처리됩니다. 황동 및 청동 제품은 강도를 높이고 균열을 방지하기 위해 열처리됩니다. 티타늄 합금 구조는 고온에서 강도를 향상시키기 위해 열처리됩니다.
다음은 다양한 유형의 열처리 공정입니다.
열처리에는 재료의 물리적(기계적) 특성을 변경할 수 있고 다른 제조 단계에 도움이 되는 등 많은 이점이 있습니다. 응력을 줄여 부품을 더 쉽게 가공하거나 용접할 수 있습니다. 강도를 높여 재료를 연성 또는 더 유연하게 만듭니다.
이 게시물에서는 오늘날 처리되는 강철의 네 가지 기본 유형인 어닐링, 노멀라이징, 경화 및 템퍼링을 다룰 것입니다.
열처리 단계
열처리 기술에는 어닐링, 케이스 경화, 석출 강화, 템퍼링, 침탄, 노멀라이징 및 담금질이 포함됩니다.
간단히 말해서 열처리는 금속을 가열하고 그 온도로 유지한 다음 다시 냉각시키는 과정입니다. 이 과정에서 금속 부품의 기계적 특성이 변경됩니다. 이는 고온이 금속의 미세 구조를 변화시키기 때문입니다.
담금질 및 템퍼링은 강철 및 기타 철 기반 합금과 같은 재료를 강화하는 공정입니다. 이러한 공정은 재료를 가열하는 동시에 물, 오일, 강제 공기 또는 질소와 같은 가스에서 냉각하여 합금을 강화합니다.
기본적으로 강철은 탄소량이 적은 철의 합금입니다. 다양한 응용 분야에 적합하도록 만들어진 수천 가지 유형의 강철이 있습니다. 이들은 크게 탄소강, 공구강, 스테인리스강, 합금강의 4가지 유형으로 나뉩니다.
어닐링(annealing), 금속이나 합금을 소정의 온도로 가열하여 처리하고, 일정 시간 유지했다가 실온으로 냉각시켜 연성을 향상시키고 취성을 감소시키는 것.
템퍼링은 응력을 완화하여 금속을 용접하거나 기계 가공하기 쉽게 만듭니다. 재료를 보다 유연하고 연성으로 만드는 동시에 강도를 높입니다. 경도를 높이고 표면 또는 전체 금속에 내마모성을 부여합니다.
다양한 유형의 어닐링 프로세스:
정규화 프로세스 개요. 열처리를 정상화하면 불순물을 제거하고 연성 및 인성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 정규화 과정에서 재료는 750-980°C(1320-1796°F)로 가열됩니다.
어닐링의 주요 장점은 공정이 재료의 가공성을 개선하고, 인성을 증가시키며, 경도를 감소시키고, 금속의 연성 및 기계 가공성을 증가시키는 방법에 있습니다.
담그는 시간은 강철이 원하는 온도(이 경우 화씨 1500도)에서 유지되는 시간입니다. 담그는 시간이 끝나면 집게로 아주 빠르게 조심스럽게 샘플을 꺼냅니다.
경화는 금속의 경도를 높이는 데 사용되는 야금 금속 가공 공정입니다. 금속의 경도는 부과된 변형률 위치에서 단축 항복 응력에 정비례합니다.
이 간단한 동작으로 정확한 온도 범위로 가열하면 더 순수하고 단단한 금속을 만들 수 있습니다. 그것은 종종 금속을 어닐링하는 것보다 더 강한 강철을 만드는 데 사용되지만 덜 연성이 있는 제품도 만듭니다. 따라서 열은 실제로 금속을 약하게 만들 수 있습니다.
경화 또는 담금질은 금속의 경도를 높이는 과정입니다. 템퍼링은 물질을 임계 범위 미만의 온도로 가열하고 유지한 다음 냉각하는 과정입니다.
충분히 높은 온도와 충분한 시간이 있으면 강철은 전혀 담금질하지 않고 천천히 식힐 때보다 부드러워집니다. 따라서 목표가 무엇인지에 따라 블레이드를 절대적으로 과열시킬 수 있습니다. 칼날이 부드러워지지만 덜 부서집니다.
강철이 경화된 후에는 반드시 템퍼링해야 합니다. 이것은 단순히 마르텐사이트인 새로운 상이 생성되었기 때문입니다. 마르텐사이트가 생성되기 전에 오스테나이트 단계로 진행해야 함을 기억하십시오.
담금질 후 금속은 매우 단단한 상태이지만 부서지기 쉽습니다. 강철은 경도의 일부를 줄이고 연성을 증가시키기 위해 템퍼링됩니다. 400°F에서 1,105°F 사이의 온도에서 일정 시간 동안 가열됩니다.
구리와 아연의 합금인 황동은 경도와 가공성 때문에 역사적으로 그리고 영구적으로 중요합니다.
경화 공정은 구성 요소를 임계(정규화) 온도 이상으로 가열하고, 재료가 훨씬 더 단단하고 더 강한 구조로 변형될 수 있도록 충분히 빠른 속도로 두께의 인치당 1시간 동안 이 온도를 유지한 다음, 템퍼링하는 것으로 구성됩니다. .
유도 경화는 철 성분의 국부적 영역에서 기계적 특성을 향상시키기 위해 수행되는 열처리 공정입니다. 결과적으로 경화된 영역은 강도 특성과 함께 마모 및 피로 저항을 향상시킵니다.
화염 경화는 연강, 합금강, 중탄소강 및 주철로 만들어진 부품에 수행됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 화염 경화는 산소 가스 화염에서 직접 열을 사용합니다.
템퍼링은 일반적으로 과도한 경도의 일부를 줄이기 위해 경화 후에 수행되며, 금속을 일정 시간 동안 임계점 이하의 온도로 가열한 다음 정지된 공기 중에서 냉각하는 방식으로 수행됩니다.
금속
SKD11 다이스틸은 일본의 공구강입니다. 재료 열처리 경도:hrc58-60 SKD11은 일종의 고탄소 및 고크롬 합금 공구강입니다. 열처리 후 높은 경도, 연삭성, 강한 경화성 및 우수한 치수 안정성을 갖습니다. 좋은 기계 가공성, 미세하고 균일한 탄화물 입자, 화학 원소인 몰리브덴과 바나듐의 특수 첨가로 인해 담금질 균열에 대해 걱정할 필요가 없습니다. SKD11 특정 성능 A) 고온 강도 및 인성, 우수한 내마모성, 쉬운 절단; B) 강도, 인성 및 내열성 균형이 우수한 냉간 가공 다이 강, 다) 진공 탈기 정제를
단조란 무엇입니까? 단조는 해머링, 프레싱 또는 롤링을 통해 금속을 성형하는 제조 공정입니다. 이러한 압축력은 망치나 다이로 전달됩니다. 단조는 종종 냉간, 온간 또는 열간 단조가 수행되는 온도에 따라 분류됩니다. 다양한 금속을 단조할 수 있습니다. 단조에 사용되는 대표적인 금속에는 탄소강, 합금강, 스테인리스강이 있습니다. 알루미늄, 황동 및 구리와 같은 매우 부드러운 금속도 단조할 수 있습니다. 단조 공정은 최소한의 낭비로 우수한 기계적 특성을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 기본 개념은 원래 금속이 원하는 기하학적 모