알루미늄 및 알루미늄 합금의 열처리 과정에서 일반적으로 다음과 같은 다양한 문제가 발생합니다.
- 부적절한 부품 배치: 이는 부품 변형으로 이어질 수 있으며, 이는 종종 원하는 기계적 특성을 얻을 수 있을 만큼 빠른 속도로 담금질 매체에서 열이 제거되지 않아 발생합니다.
- 빠른 가열: 이로 인해 열 변형이 발생할 수 있으므로 부품을 적절하게 배치하면 균일한 가열이 보장됩니다.
-과열: 이는 부분 용융이나 공융 용융으로 이어질 수 있습니다.
- 표면 스케일링/고온 산화.
- 과도하거나 불충분한 노화 처리. 두 가지 모두 기계적 특성이 손실되는 결과를 초래할 수 있습니다.
- 부품과 배치 간의 기계적 및/또는 물리적 특성에 편차를 일으킬 수 있는 시간/온도/담금질 매개변수의 변동.
-또한, 용액 열처리 중 온도 균일성이 낮고, 단열 시간이 부족하며, 냉각이 불충분한 것도 모두 부적절한 결과로 이어질 수 있습니다.
열처리는 알루미늄 산업에 있어서 중요한 열 공정입니다. 이와 관련된 지식을 더 자세히 살펴보겠습니다.
1. 전처리
담금질 전 조직을 개선하고 응력을 완화하는 전처리 공정은 변형 감소에 효과적입니다. 전처리에는 일반적으로 구상화 어닐링 및 응력 제거 어닐링과 같은 공정이 포함되며, 일부는 담금질 및 템퍼링 또는 노멀라이징 처리를 적용하기도 합니다.
응력 완화 어닐링: 가공 중 가공 방법, 공구 맞물림, 절삭 속도 등의 요인으로 인해 잔류 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 응력의 불균일한 분포는 담금질 중 변형을 초래할 수 있습니다. 이러한 영향을 완화하기 위해 담금질 전 응력 제거 어닐링이 필요합니다. 응력 제거 어닐링 온도는 일반적으로 500~700°C입니다. 공기 매체에서 가열할 경우, 산화 및 탈탄을 방지하기 위해 500~550°C의 온도에서 2~3시간 동안 유지됩니다. 로딩 중에는 자중에 의한 부품 변형을 고려해야 하며, 그 외 절차는 표준 어닐링과 유사합니다.
구조 개선을 위한 예열 처리: 여기에는 구형화 어닐링, 담금질 및 템퍼링, 정규화 처리가 포함됩니다.
-구형화 어닐링: 탄소 공구강 및 합금 공구강의 열처리 과정에서 필수적인 요소인 구상화 어닐링 후 조직은 담금질 중 변형 경향에 큰 영향을 미칩니다. 후 어닐링 조직을 조정함으로써 담금질 중 규칙적인 변형을 줄일 수 있습니다.
- 기타 전처리 방법: 담금질 변형을 줄이기 위해 담금질 및 템퍼링, 노멀라이징 처리 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 변형 원인과 부품 재질에 따라 담금질 및 템퍼링, 노멀라이징 처리와 같은 적절한 전처리를 선택하면 변형을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 그러나 템퍼링 후 잔류 응력과 경도 증가에 주의해야 합니다. 특히 담금질 및 템퍼링 처리는 W와 Mn을 함유한 강의 담금질 중 팽창을 줄일 수 있지만, GCr15와 같은 강의 변형 감소에는 거의 효과가 없습니다.
실제 생산에서 잔류 응력이나 조직 불량 등 담금질 변형의 원인을 파악하는 것은 효과적인 처리를 위해 필수적입니다. 잔류 응력으로 인한 변형에는 응력 제거 어닐링을 수행해야 하며, 조직을 변화시키는 템퍼링과 같은 처리는 필요하지 않으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이렇게 해야만 담금질 변형을 줄여 비용을 절감하고 품질을 보장하는 목표를 달성할 수 있습니다.
2. 급냉 가열 작업
담금질 온도: 담금질 온도는 변형에 상당한 영향을 미칩니다. 변형 감소는 담금질 온도를 조정하거나, 예비 가공 여유를 담금질 온도와 동일하게 설정하여 변형 감소 목적을 달성하거나, 열처리 시험 후 가공 여유와 담금질 온도를 합리적으로 선택하여 예비 가공 여유를 줄이는 방법으로 달성할 수 있습니다. 담금질 온도가 담금질 변형에 미치는 영향은 공작물에 사용된 재료뿐만 아니라 공작물의 크기와 형상과도 관련이 있습니다. 공작물의 형상과 크기가 매우 다를 경우, 공작물의 재질이 동일하더라도 담금질 변형 경향은 상당히 다르므로 작업자는 실제 생산 시 이러한 상황에 주의를 기울여야 합니다.
담금질 유지 시간: 유지 시간의 선택은 담금질 후 충분한 가열과 원하는 경도 또는 기계적 성질 달성을 보장할 뿐만 아니라, 변형에 미치는 영향도 고려합니다. 담금질 유지 시간을 늘리면 담금질 온도가 기본적으로 상승하며, 특히 고탄소 및 고크롬강에서 이러한 현상이 두드러집니다.
로딩 방법:가열 시 공작물이 무리한 형상으로 놓이면 공작물의 무게에 의한 변형이나 공작물끼리의 상호 압출에 의한 변형, 공작물을 과도하게 쌓아 가열 및 냉각이 불균일해져 변형이 발생합니다.
가열 방법: 복잡한 형상과 다양한 두께의 가공물, 특히 고탄소 및 합금 원소를 함유한 가공물의 경우, 느리고 균일한 가열 공정이 매우 중요합니다. 예열은 종종 필요하며, 경우에 따라 여러 번의 예열 사이클이 필요할 수 있습니다. 예열을 통해 효과적으로 처리되지 않는 대형 가공물의 경우, 제어 가열 방식의 박스형 저항로를 사용하면 급속 가열로 인한 변형을 줄일 수 있습니다.
3. 냉각 작업
담금질 변형은 주로 냉각 과정에서 발생합니다. 적절한 담금질 매체 선택, 숙련된 작업, 그리고 냉각 과정의 각 단계는 담금질 변형에 직접적인 영향을 미칩니다.
담금질 매체 선택: 담금질 후 원하는 경도를 유지하는 동시에, 변형을 최소화하기 위해 더 부드러운 담금질 매체를 사용하는 것이 좋습니다. 냉각에는 가열된 용액 매체를 사용하거나(부품이 뜨거울 때 교정을 용이하게 하기 위해) 공랭하는 것이 좋습니다. 물과 오일 사이의 냉각 속도를 가진 매체도 물-오일 이중 매체를 대체할 수 있습니다.
—공랭식 담금질: 공랭 담금질은 고속도강, 크롬 금형강, 공랭 미세변형강의 담금질 변형을 줄이는 데 효과적입니다. 담금질 후 높은 경도가 필요하지 않은 3Cr2W8V 강의 경우에도 담금질 온도를 적절히 조절하여 공기 담금질로 변형을 줄일 수 있습니다.
—오일 냉각 및 담금질: 오일은 물보다 냉각 속도가 훨씬 느린 담금질 매체이지만, 경화능이 높고 크기가 작으며 형상이 복잡하고 변형 경향이 큰 가공물의 경우 오일의 냉각 속도가 너무 빠릅니다. 반면, 크기는 작지만 경화능이 낮은 가공물의 경우 오일의 냉각 속도가 충분하지 않습니다. 이러한 모순을 해결하고 오일 담금질을 최대한 활용하여 가공물의 담금질 변형을 줄이기 위해, 사람들은 오일 온도를 조절하고 담금질 온도를 높이는 방법을 채택하여 오일의 활용도를 확대해 왔습니다.
—담금질유의 온도 변화: 담금질 변형을 줄이기 위해 동일한 오일 온도를 사용하는 것은 여전히 다음과 같은 문제점을 가지고 있습니다. 오일 온도가 낮으면 담금질 변형이 여전히 크고, 오일 온도가 높으면 담금질 후 공작물의 경도를 확보하기 어렵습니다. 일부 공작물의 형상과 재질이 복합적으로 작용하여 담금질 오일 온도를 높이면 변형이 증가할 수 있습니다. 따라서 공작물 재질, 단면 크기 및 형상의 실제 조건에 따라 시험 합격 후 담금질 오일 온도를 결정하는 것이 매우 중요합니다.
고온유를 사용하여 담금질할 경우, 담금질 및 냉각 과정에서 발생하는 고온의 유온으로 인한 화재를 방지하기 위해 유탱크 근처에 필요한 소화 장비를 설치해야 합니다. 또한, 담금질유의 품질 지수를 정기적으로 검사하고, 적절한 시기에 새 유를 보충하거나 교체해야 합니다.
—담금질 온도를 높인다: 이 방법은 일반 담금질 온도에서 가열 및 보온하고 오일 담금질한 후에도 경도 요건을 충족하지 못하는 작은 단면의 탄소강 가공물과 약간 더 큰 합금강 가공물에 적합합니다. 담금질 온도를 적절히 높이고 오일 담금질하면 경화 효과를 얻고 변형을 줄일 수 있습니다. 이 방법으로 담금질할 때는 담금질 온도 상승으로 인한 결정립 조대화, 가공물의 기계적 성질 및 수명 저하 등의 문제가 발생하지 않도록 주의해야 합니다.
—분류 및 오스템퍼링: 담금질 경도가 설계 요건을 충족할 수 있는 경우, 담금질 변형 감소를 위해 열탕 매체의 분류 및 오스템퍼링을 충분히 활용해야 합니다. 이 방법은 담금질성이 낮은 소면 탄소 구조강 및 공구강, 특히 담금질성이 높은 크롬 함유 금형강 및 고속도강 가공물에도 효과적입니다. 열탕 매체의 분류 및 오스템퍼링 냉각 방법은 이러한 종류의 강의 기본적인 담금질 방법입니다. 마찬가지로, 높은 담금질 경도가 필요하지 않은 탄소강 및 저합금 구조강에도 효과적입니다.
뜨거운 목욕으로 열을 식힐 때 다음 사항에 주의해야 합니다.
첫째, 유욕을 등급분류 및 등온담금질에 사용할 경우 화재 발생을 방지하기 위해 유온을 엄격히 조절해야 합니다.
둘째, 질산염 등급으로 담금질할 경우, 질산염 탱크에는 필요한 장비와 수냉 장치를 갖추어야 합니다. 기타 주의 사항은 관련 정보를 참조하시기 바라며, 여기서는 반복하지 않겠습니다.
셋째, 등온 담금질 시 등온 온도를 엄격하게 제어해야 합니다. 온도가 높거나 낮으면 담금질 변형을 줄이는 데 도움이 되지 않습니다. 또한, 오스템퍼링 시 소재의 무게로 인한 변형을 방지하기 위해 소재를 매달아 두는 방법을 선택해야 합니다.
넷째, 등온 또는 단계적 담금질을 사용하여 가공물이 뜨거울 때 형상을 교정할 경우, 공구와 고정구가 충분히 갖춰져야 하며, 작업 중 작업이 신속해야 합니다. 이는 가공물의 담금질 품질에 부정적인 영향을 미치지 않도록 하기 위함입니다.
냉각 작업: 냉각 과정 중의 능숙한 조작은 담금질 변형에 상당한 영향을 미치며, 특히 물이나 오일 담금질 매체를 사용하는 경우 더욱 그렇습니다.
- 담금질 매체 진입의 올바른 방향: 일반적으로 대칭적으로 균형 잡히거나 길쭉한 막대 모양의 가공물은 매체에 수직으로 담금질해야 합니다. 비대칭 부품은 비스듬히 담금질할 수 있습니다. 올바른 방향은 모든 부품에 걸쳐 균일한 냉각을 보장하는 것을 목표로 하며, 느린 냉각 영역이 먼저 매체에 유입되고 그 후 빠른 냉각 영역이 유입됩니다. 실제로는 가공물의 형상과 냉각 속도에 미치는 영향을 고려하는 것이 매우 중요합니다.
- 담금질 매체에서의 공작물 이동: 서냉 부품은 담금질 매체를 향해야 합니다. 대칭형 가공물은 매체 내에서 균형 잡히고 균일한 경로를 따라가며, 작은 진폭과 빠른 움직임을 유지해야 합니다. 얇고 긴 가공물의 경우 담금질 중 안정성이 매우 중요합니다. 스윙을 피하고 와이어 바인딩 대신 클램프를 사용하여 제어력을 높이는 것이 좋습니다.
- 담금질 속도: 가공물은 빠르게 담금질해야 합니다. 특히 얇고 막대 모양의 가공물의 경우, 담금질 속도가 느리면 굽힘 변형이 증가하고 서로 다른 시간에 담금질한 부분 간의 변형률 차이가 발생할 수 있습니다.
-제어된 냉각: 단면적 크기에 큰 차이가 있는 작업물의 경우, 냉각 속도가 빠른 부분을 석면 로프나 금속판과 같은 재료로 보호하여 냉각 속도를 줄이고 균일한 냉각을 달성합니다.
- 물 속 냉각 시간: 구조적 응력으로 인해 주로 변형되는 가공물의 경우, 수냉 시간을 단축하십시오. 열응력으로 인해 주로 변형되는 가공물의 경우, 담금질 변형을 줄이기 위해 수냉 시간을 늘리십시오.
MAT Aluminum의 May Jiang이 편집함
게시 시간: 2024년 2월 21일
