열처리가 금속 성능과 수명을 향상시키는 방법

CNC 가공은 절삭 공구를 사용하여 고체 블록에서 재료를 제거함으로써 최종 부품의 형태를 드러내는 감산 제조 공정입니다. 가공 공정을 더 쉽게 만들고 우수한 최종 부품을 만들려면 사용되는 금속이 가공 가능해야 합니다. 또한 금속 부품의 재료 특성은 가공 공정이 완료된 후에도 향상될 수 있습니다. 그게 바로 열처리가 필요한 부분입니다. 금속 열처리 방법과 열처리의 가장 중요한 이점에 대해 알아야 할 모든 것을 소개합니다.

열처리 공정

열처리 공정은 금속을 가열하여 미세 구조가 변할 때까지 가열한 다음, 그 상태를 유지(소입)한 후 냉각하여 재료를 경화시키는 것을 포함합니다. 금속을 얼마나 오래 소입하는지는 사용하는 열처리 공정, 사용하는 금속, 부품 크기에 따라 다릅니다. 소입 시간이 길수록 미세 구조 변화가 커지며, 이는 금속의 기계적 특성에 영향을 미칩니다.

냉각 속도와 주변 조건도 금속의 구조와 특성을 변경할 수 있습니다. 염수(브라인)가 금속을 가장 빠르게 냉각시키지만, 오일, 물, 강제 공기, 노(爐)도 사용할 수 있습니다.

열처리는 제조 공정 전반에 적용되어 부품에 초기, 중간, 최종 특성을 부여할 수 있습니다. CNC 가공 부품 시 가공 공정 시작 전에 열처리를 적용할 수 있으며, 이는 리드 타임을 단축하고 금속을 더 가공하기 쉽게 만들 수 있습니다. 다른 경우에는 가공 후 열처리를 금속에 적용하여 더 단단하고 내구성 있게 만들 수 있습니다.

일반적인 CNC 열처리

어닐링(Annealing)

금속의 경도를 낮이고 연성을 높이기 위해 수행되는 어닐링 공정은 금속을 임계 온도에서 가열 및 소입한 후 냉각하는 것을 포함합니다. 이는 내부 응력을 완화하고 가공 중 금속이 파손되거나 골절될 가능성을 줄여줍니다. 완전 어닐링, 재결정 어닐링, 부분 어닐링, 최종 어닐링 등 여러 어닐링 기술을 사용하여 원하는 최종 특성을 달성할 수 있습니다.

노말라이징(Normalizing)은 일반적인 어닐링보다 훨씬 빠른 속도로 실온에서 냉각시키는 또 다른 어닐링 기술입니다. 금속이 상부 임계 온도보다 40°C 더 뜨거워지면 소입된 후 공기 중에서 냉각됩니다. 노말라이징은 담금질, 주조, 용접으로 인한 내부 응력을 완화하여 금속 고장을 방지하고, 금속을 강화하며 작고 세련되고 균일한 크기의 페라이트 입자를 생성합니다.

표면 경화(Case Hardening)

부품의 내부를 변경하지 않고 외부만 경화하려면 표면 경화 공정을 사용할 수 있습니다. 표면 경화는 페이스 경화 또는 표면 경화로도 알려져 있으며, 금속 전체의 경도를 높이는 다른 방법보다 덜 부서지고 더 가공하기 쉬운 부품을 만듭니다. 표면 경화의 한 형태는 금속을 탄소가 풍부한 환경에서 가열하는 것(탄소침투)으로, 이는 금속 표면의 강도와 탄소 함량을 증가시킵니다.

석출 경화(Precipitation Hardening)

석출 경화 또는 에이징은 강하고 가벼운 금속을 만들어 항공우주 산업용 부품 열처리에 인기 있는 선택입니다. 연성 금속이 있다면 고온으로 가열하고, 담금질한 후, 더 낮은 온도에서 장시간 가열하여 석출물을 금속 입자 구조 전체에 고르게 분산시켜 강도와 경도를 높일 수 있습니다.

응력 제거(Stress Relieving)

CNC 가공, 성형, 압연, 교정은 모두 부품 내에 응력이 축적되게 할 수 있으며, 이는 부품을 약화시키고 전반적인 품질을 저하시킬 수 있습니다. 응력 제거는 구조나 경도를 변경하지 않고 잔류 응력을 제거하고 부품의 기계적 특성을 개선합니다. 이 공정은 금속을 하부 임계 경계 바로 아래 온도로 가열하는 것을 포함합니다. 냉각 공정은 항상 느려서 균일한 기계적 특성을 가진 균일한 부품을 만들 수 있게 합니다.

담금질과 템퍼링(Quenching and Tempering)

이 2단계 열처리는 철 기반 합금의 경도, 연성, 회복력을 증가시킵니다. 담금질 동안 금속은 고온으로 가열되어 결정 구조가 페라이트에서 오스테나이트로 변화하고 더 많은 탄소를 흡수할 수 있게 됩니다. 금속은 미세 구조 변화를 고정하기 위해 급속 냉각됩니다. 담금질은 매우 단단한 부품을 만들므로 일반적으로 CNC 가공 후에 수행됩니다.

취성을 줄이고 내부 응력을 완화하며 부품의 수명과 기계적 특성을 개선하기 위해, 금속을 임계점 아래의 중간 온도로 가열하여 템퍼링할 수 있습니다.

금속 열처리의 이점

열처리는 금속에 무엇을 하는가? 금속 열처리는 강도를 크게 높일 수 있어 자동차 및 항공우주 산업 제조업체들에게 인기 있는 선택입니다. 불행히도 재료 강도를 높이면 인성이 감소하고 취성이 증가할 수도 있습니다. 금속이 너무 부서지지 않게 하려면 어닐링이나 템퍼링으로 내부 응력을 완화해야 할 수 있습니다. 응력 완화 절차 후, 열처리된 금속은 훨씬 더 가공하기 쉽고 기계 가공하기 쉬워집니다.

또한 금속 합금에 열처리를 적용하면 금속의 미세 구조나 화학적 구성을 변경하여 내식성, 자성, 내구성, 열전도율, 전기전도율을 변경할 수 있습니다. 금속 부품을 여러 열처리 공정을 거쳐 원하는 성능을 달성할 수도 있습니다.

Fast Radius의 도움으로 금속 열처리하기

금속을 열처리하면 더 강하고, 덜 부서지며, 더 가공하기 쉬운 금속 부품을 만들 수 있습니다. 열처리로 금속의 전기적 특성도 개선할 수 있습니다. 그러나 재료에 따라 일부 열처리가 다른 것보다 더 나을 수 있으므로, 조사를 하는 것이 필수적입니다. 부품에 적합한 열처리 방법을 선택할 때는 사용 중인 금속 유형과 원하는 특성을 고려하세요. 신뢰할 수 있는 제조 파트너와 협력하여 필요에 가장 적합한 열처리 방법을 결정할 수도 있습니다.

Fast Radius에서는 숙련된 엔지니어와 디자이너 팀이 귀하의 프로젝트에 가장 적합한 열처리 방법을 결정하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 또한 생산 런 전체에 걸쳐 엔드투엔드 지원을 제공합니다. 다음 프로젝트를 시작하려면 오늘 문의하세요.