응력 제거 어닐링: 정밀 가공 일관성을 위한 핵심 공정

정밀 부품 가공에서 많은 부품이 정밀 장비로 가공된 후 항상 '불만족스러운' 부분이 발생합니다. 분명 최고의 가공 기술자와 최고의 장비로 기계 상에서는 모든 것이 완벽해 보였는데, 기계를 탈거하여 품질 검사실로 보내거나 다음 공정으로 넘기면 치수가 조용히 변해버려 원래 완벽했던 제품이 불량품이 되는 경우가 있습니다.

사실 이는 공정 배치의 문제입니다. 가공 공정만 고려하고 소재 자체의 특성을 고려하지 않아 부품 가공 후 소재 내부 구조가 변하면서 가공 변형이 발생하고 치수 불량이 생기는 것입니다.

그렇다면 어떻게 이 바람직하지 않은 현상을 방지할 수 있을까요? 반드시 거쳐야 할 매우 중요한 공정이 있는데, 바로 소재의 '응력 제거' 공정으로, 경우에 따라 어닐링 처리라고도 부릅니다.

응력 제거 어닐링 처리는 무엇인가?

공작물을 일정 온도로 가열하여 일정 시간 유지한 후 냉각하여 공작물을 회복시킴으로써 잔류 내부 응력을 제거하는 공정을 응력 제거 어닐링이라 합니다. 냉간 변형 금속을 재결정 온도 이하로 가열하여 내부 응력을 제거하지만, 가공 경화 효과는 유지하는 열처리를 응력 제거 어닐링이라 합니다.

응력 제거 어닐링은 강철 또는 각종 금속 기계 부품을 일정 온도로 가열하여 일정 시간 유지한 후 서서히 냉각하여 평형 상태에 가깝게 만드는 열처리 공정입니다. 기계 제조 업계에서 어닐링은 보통 공작물 제조 공정의 예비 열처리 공정으로 사용됩니다.

실제 가공 생산에서 응력 제거 어닐링 공정의 적용 범위는 위에서 언급한 것보다 훨씬 넓습니다. 열간 단조, 주조, 각종 냉간 변형 가공, 절삭, 용접, 열처리, 심지어 기계 부품 조립 후에도 조직 상태를 변경하지 않고 냉간 가공, 열간 가공 또는 표면 경화 조건을 유지하면서 강철이나 기계 부품을 낮은 온도로 가열하여 (전부 또는 일부) 내부 응력을 제거하고 변형 및 균열 경향을 줄이는 과정 모두 응력 제거 어닐링이라 할 수 있습니다. 소재 조성, 가공 방법, 내부 응력 크기와 분포, 제거 정도의 차이로 인해 응력 제거 어닐링의 온도 범위는 매우 넓습니다. 전통적으로 높은 온도에서의 응력 제거 처리를 응력 제거 어닐링, 낮은 온도에서의 처리를 응력 제거 템퍼링이라 부르나 본질은 동일합니다.

응력 제거 어닐링 원리

압력 가공, 주조, 용접, 열처리, 절삭 가공 등 공정에서 제품은 내부 응력을 생성할 수 있습니다. 대부분의 경우 공정 종료 후 잔류 응력의 일부가 금속에 남게 됩니다. 잔류 응력은 공작물에 균열, 변형, 치수 변화를 일으킬 수 있습니다. 또한 잔류 응력은 금속의 화학적 활성을 높여 잔류 인장 응력 작용 하에서 입계 부식과 균열을 특히 쉽게 일으킵니다. 따라서 잔류 응력은 소재 성능에 영향을 주거나 공작물의 조기 파손을 초래할 수 있습니다.

응력 제거 어닐링 중 금속은 일정 온도에서 국소 소성 변형(이 온도에서의 항복 강도를 응력이 초과할 때) 또는 국소 이완 과정(응력이 이 온도에서의 항복 강도보다 작을 때)을 거쳐 잔류 응력이 이완되어 제거 목적을 달성합니다. 응력 제거 어닐링 시 공작물을 일반적으로 천천히 낮은 온도까지 가열합니다(회주철 500-550°C, 강철 500-650°C, 비철금속 합금 프레스 부품은 재결정 개시 온도 이하). 일정 시간 유지 후 천천히 냉각하여 새로운 잔류 응력이 생기지 않게 합니다.

응력 제거 어닐링은 공작물 내부 잔류 응력을 완전히 제거할 수는 없으며 대부분만 제거합니다. 완전히 제거하려면 더 높은 온도로 가열해야 하는데, 이 조건에서는 다른 조직 변화가 초래되어 소재 성능이 저하될 수 있습니다.

치수 보장 외에도 완제품에 존재하는 내부 응력은 실제로 매우 해롭습니다. 제때 제거하지 않으면 내부 응력과 외부 하중, 즉 사용 시 가해지는 힘이 중첩되어 소재에 예기치 않은 파손을 일으킬 수 있습니다. 따라서 주조, 용접, 절삭 후 공작물은 응력 제거 어닐링을 거쳐 가공 중 발생한 내부 응력을 제거해야 합니다. 최고의 장인 정신으로 노력해도 좋은 부품을 만들 수 없거나, 고객이 사용 중 부품이 우연히 파손되었다고 할 때 응력 어닐링 공정을 고려해 보십시오. 이 공정이 많은 문제를 해결해 줄 것입니다.