알루미늄 가공에서의 열처리 공정

1) 어닐링 및 정규화

열간 가공된 알루미늄 블랭크 소재에는 어닐링과 정규화 처리가 사용됩니다. 탄소 함량이 0.5%를 초과하는 탄소강과 합금강은 경도를 낮추고 절삭성을 높이기 위해 어닐링 처리가 자주 사용됩니다. 탄소 함량이 0.5% 미만인 탄소강과 합금강은 경도가 너무 낮을 때 칼날에 달라붙는 것을 방지하기 위해 사용됩니다. 또한 정규화 처리도 사용됩니다. 어닐링과 정규화 처리는 결정립 미세화와 균일한 조직을 유지하고 후속 열처리를 위한 준비를 할 수 있도록 합니다. 어닐링과 정규화 처리는 일반적으로 블랭크 제작 후 황삭 가공 전에 실시됩니다.

2) 노화 치료

시효처리는 주로 소재 제조 및 가공 과정에서 발생하는 내부응력을 제거하는 데 사용된다.

과도한 운송 부담을 피하기 위해 일반적인 정밀도를 가진 부품의 경우, 마무리 작업 전에 시효 처리를 한 번만 실시하면 됩니다. 그러나 지그 보링 머신 박스 등 높은 정밀도가 요구되는 부품의 경우, 두 번 또는 여러 번의 시효 처리 절차를 거쳐야 합니다. 간단한 부품은 일반적으로 시효 처리가 필요하지 않습니다.

주조품 외에도 정밀 나사와 같이 강성이 낮은 일부 정밀 부품의 경우, 가공 중 발생하는 내부 응력을 제거하고 부품의 가공 정밀도를 안정화하기 위해 황삭과 준정삭 사이에 여러 차례 시효 처리를 하는 경우가 많습니다. 일부 샤프트 부품의 경우, 교정 공정 이후에도 시효 처리를 해야 합니다.

3) 담금질 및 템퍼링

담금질 및 템퍼링은 담금질 후 고온 템퍼링을 의미합니다. 이를 통해 균일하고 템퍼링된 소르바이트 구조를 얻을 수 있으며, 이는 표면 담금질 및 질화 처리 시 변형을 줄이기 위한 준비 과정입니다. 따라서 담금질 및 템퍼링은 예열 처리로도 활용될 수 있습니다.

담금질 및 템퍼링 부품의 종합적인 기계적 성질이 더 좋으므로 높은 경도와 내마모성이 필요하지 않은 일부 부품의 최종 열처리 공정으로도 사용될 수 있습니다.

최종 열처리의 목적은 경도, 내마모성, 강도와 같은 기계적 성질을 향상시키는 것입니다. 열처리 공정에는 담금질, 침탄 및 담금질, 그리고 질화 처리가 포함됩니다.

1) 담금질

담금질은 표면 담금질과 전체 담금질로 나뉩니다. 그중 표면 담금질은 변형, 산화 및 탈탄이 적어 널리 사용됩니다. 표면 담금질은 높은 외부 강도와 우수한 내마모성을 유지하면서도 우수한 내부 인성과 강한 내충격성을 유지하는 장점이 있습니다. 표면 담금질된 부품의 기계적 성질을 향상시키기 위해서는 담금질 및 뜨임 또는 노멀라이징과 같은 열처리가 예열 처리로 종종 필요합니다. 일반적인 가공 경로는 블랭킹, 단조, 노멀라이징, 어닐링, 황삭, 담금질 및 뜨임, 준정삭, 표면 담금질, 정삭입니다.

2) 침탄 및 담금질

침탄 및 담금질은 부품 표면층의 탄소 함량을 먼저 증가시키는 공정으로, 담금질 후 표면층은 높은 경도를 얻는 동시에 핵심 부품은 일정한 강도와 높은 인성 및 가소성을 유지합니다. 침탄은 전체 침탄과 부분 침탄으로 나뉩니다. 부분 침탄을 실시할 경우, 비침탄 부품에 대한 침투 방지 조치를 취해야 합니다. 침탄 및 담금질은 큰 변형을 유발하고 침탄 깊이는 일반적으로 0.5mm에서 2mm 사이이므로, 침탄 공정은 일반적으로 준정삭과 정삭 사이에 배치됩니다.

일반적으로 가공 경로는 블랭킹, 단조, 정규화, 황삭, 준정삭, 침탄 및 담금질, 정삭입니다. 침탄 및 담금질 부품 중 비침탄 부위가 마진을 증가시킨 후 과도한 침탄층을 제거하는 공정 계획을 채택하는 경우, 과도한 침탄층 제거 공정은 침탄 및 담금질 후, 담금질 전에 진행해야 합니다.

3) 질화처리

질화는 금속 표면에 질소 원자를 침투시켜 질소 함유 화합물 층을 형성하는 공정입니다. 질화층은 부품 표면의 경도, 내마모성, 피로 강도 및 내부식성을 향상시킬 수 있습니다. 질화 처리 온도가 낮고 변형이 적으며 질화층은 일반적으로 0.6~0.7mm 정도로 얇기 때문에 질화 공정은 가능한 한 늦게 진행해야 합니다. 질화 중 변형을 줄이기 위해 일반적으로 응력 제거를 위해 고온 템퍼링을 실시합니다.

MAT Alumin의 May Jiang이 편집했습니다.