강철 CNC 가공: 필수 전후 처리 기술 3가지

강철의 특성을 변화시키고 가공을 더 쉽게 만들기 위해 가공 완료 전에 추가 처리와 공정이 일반적으로 수행됩니다. 가공 전 소재를 경화하면 가공 시간이 늘어나고 공구 마모가 증가하지만, 가공 후 열처리를 통해 완제품의 강도나 경도를 높일 수 있습니다. 다음은 강철에 일반적으로 사용되는 3가지 처리 기술입니다.

1. 열처리

열처리는 강철의 온도를 조작하여 소재 특성을 변경하는 여러 공정을 말합니다.

• 풀림(Annealing): 경도를 낮히고 연성을 높여 강철을 가공하기 쉽게 만듭니다. 풀림 공정은 강철을 원하는 온도까지 천천히 가열하여 일정 시간 유지하는 것입니다. 필요한 시간과 온도는 특정 합금에 따라 달라지며 탄소 함량이 증가할수록 감소합니다. 마지막으로 강철을 용광로나 단열재 속에서 천천히 냉각시킵니다.
• 노말라이징(Normalizing): 강철의 내부 응력을 완화하면서 풀림 강철보다 높은 강도와 경도를 유지합니다. 노말라이징 과정에서 강철을 고온으로 가열한 후 적절한 온도에서 냉각하여 강철의 경도를 개선합니다.
• 담금질(Quenching): 강철을 경화시키고 강도를 높일 뿐만 아니라 더 부서지기 쉽게 만듭니다. 담금질 공정은 강철을 천천히 가열하고 고온에서 침적한 후, 강철을 물, 기름, 염수 용액 등의 액체에 담가 급속 냉각시키는 것입니다.
• 뜨임(Tempering): 강철 경화에 따른 취성을 일부 완화하는 데 사용됩니다. 강철 뜨임은 노말라이징과 거의 동일합니다: 먼저 선택된 온도까지 천천히 가열한 후 강철을 공랭시킵니다. 차이점은 뜨임이 다른 공정보다 낮은 온도에서 수행되어 뜨임 강철의 취성과 경도를 감소시킨다는 것입니다.

2. 침전 경화(Precipitation Hardening)

침전 경화는 강철의 항복 강도를 높입니다. 침전 경화강의 주요 차이점은 구리, 알루미늄, 인, 티타늄 등의 원소를 포함하여 강도를 높이면서 충분한 인성을 유지한다는 점입니다. 이는 고강도 스테인리스강의 한 종류로 PH강이라고도 합니다. 침전 경화 특성을 활성화하려면 강철을 먼저 용체 처리한 후 시효 경화해야 합니다. 시효 경화 공정은 장시간 소재를 가열하여 첨가 원소가 침전되게 함으로써(서로 다른 크기의 고체 입자 형성) 소재 강도를 높입니다.

17-4PH(630강으로도 알려짐)는 침전 경화 스테인리스강의 일반적인 예입니다. 이 합금은 17% 크롬, 4% 니켈, 4% 구리를 함유하여 침전 경화를 돕습니다. 추가된 경도, 강도, 높은 내식성 덕분에 17-4PH는 헬리덱 플랫폼, 터빈 블레이드, 핵폐기물 통에 사용됩니다.

3. 냉간 가공(Cold Working)

열을 많이 가하지 않고도 강철 특성을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 냉간 가공 강철은 가공 경화 공정을 통해 더 강해집니다. 가공 경화는 금속이 소성 변형을 겪을 때 발생합니다. 이는 의도적으로 해머링, 압연, 인발 등을 통해 수행할 수 있습니다. 절삭 공구나 작업물이 너무 뜨거워지면 가공 중 의도치 않게 가공 경화가 발생할 수도 있습니다. 냉간 가공은 강철의 가공성도 향상시킵니다. 저탄소강은 냉간 가공에 매우 적합합니다.

강철 구조 설계 시 고려사항

강철 부품을 설계할 때는 소재의 고유 특성을 염두에 두어야 합니다. 귀하의 용도에 적합한 특성이 제조를 위한 추가 설계(DFM) 고려사항을 요구할 수 있습니다.

• 소재 경도 때문에 알루미늄이나 황동 같은 부드러운 소재보다 강철 가공에 더 오랜 시간이 걸립니다. 스핀들 속도와 이송 속도를 줄여 부품과 공구를 보호할 수 있습니다.
• 어떤 강철을 사용할지 결정할 때는 경도와 강도뿐만 아니라 가공성의 차이도 고려해야 합니다. 예를 들어, 스테인리스강 가공에는 탄소강보다 약 2배의 시간이 소요됩니다. 다양한 등급을 결정할 때는 어떤 특성이 가장 중요한지, 어떤 강철 합금을 쉽게 구할 수 있는지 고려해야 합니다. 304나 316 스테인리스강 같은 일반적인 등급은 더 다양한 재고 크기로 제공되며 조달 시간이 적게 걸립니다.