주조 후 열처리는 주조물이 응고된 후 미세구조와 이에 따른 기계적 특성을 변화시키기 위해 수행되는 제어된 가열 및 냉각 과정입니다. 동일한 합금이라도 열처리 전후에 그 거동이 크게 달라질 수 있습니다. 알루미늄의 경우, 어닐링은 연화시키고, 노멀라이징은 결정립을 미세화하며, 담금질은 경화시키고, 템퍼링은 인성을 회복시키며, 시효 처리는 강도를 높입니다. 주조업체와 구매자 모두에게 있어, 이 열처리 과정은 주조품을 도면에 맞춰 조정하는 단계입니다.
열처리 방법의 선택은 재료, 단면 두께, 요구되는 경도 및 목표 비용에 따라 달라집니다. 이 가이드에서는 열처리의 작용 원리, 주조품에 열처리가 필요한 이유, 주요 공정, 열처리가 조직에 미치는 영향, 열처리에 반응하는 금속 종류, 그리고 열처리된 주조품의 용도 등을 다룹니다.
주조 후 열처리는 대개 진동 제거 공정과 기계 가공 사이에 이루어집니다. 주조물은 대략적인 세척을 거친 후 용광로에서 열처리를 받고, 그 다음 기계 가공 및 검사를 거치므로, 도면에는 공구 제작을 시작하기 전에 필요한 템퍼 또는 경도가 명시되어야 합니다.
열처리란 무엇인가?
열처리는 금속의 미세구조를 변화시켜 그 특성을 개선하기 위해 금속에 가해지는 가열, 유지, 냉각의 일련의 과정을 제어하여 수행하는 것입니다. 이 열처리 유형 모두 동일한 원리를 따릅니다. 즉, 온도 분포에 따라 어떤 상이 형성되는지, 결정립이 얼마나 미세한지, 그리고 금속이 하중, 마모 및 가공에 어떻게 반응하는지가 결정됩니다.
주물의 경우, 열처리는 응고 후에 이루어지기 때문에 이를 ‘주조 후 열처리’라고 부릅니다. 거친 조직이나 혼합 조직을 가진 채로 금형에서 나온 주물은 가공이나 사용에 앞서 용광로에서 정제 과정을 거칩니다.
열처리가 왜 중요한가요?
- 강도와 경도. 담금질과 노화 처리는 하중을 지탱하는 부품의 항복강도, 인장강도 및 표면 경도를 높여줍니다.
- 가공성. 어닐링 처리를 하면 주조품이 연화되어 공구의 수명이 길어지고 공차도 허용 범위 내에서 유지됩니다.
- 치수 안정성. 응력 해소 및 제어된 냉각은 다음과 같은 원인이 되는 잔류 응력과 변형을 줄여줍니다. 주조 결함.
- 강인함. 템퍼링은 경화 과정에서 상실된 연성과 내충격성을 회복시켜 줍니다.
- 삶을 입어보세요. 경화 처리된 표면은 마모에 강하며, 까다로운 사용 환경에서 제품의 수명을 연장해 줍니다.
열처리 공정의 종류
각 공정에서는 서로 다른 온도와 냉각 프로파일을 사용하여 서로 다른 구조를 형성합니다.
어닐링
어닐링은 주물을 가열한 후 일정 온도를 유지하며 천천히 냉각시켜 금속을 연화시키고 내부 응력을 제거하는 공정입니다. 이는 가공성을 향상시키며, 회주철 및 연성주철 주물의 경우 가공 전에 흔히 시행됩니다. 또한 복잡한 형상의 주물에서는 어닐링을 통해 변형 발생 위험을 줄일 수 있습니다.
정규화
변태 온도 범위 이상으로 가열한 후 정지된 공기 중에서 냉각하는 열처리를 통해 결정립을 미세화하고 더 균일한 조직을 형성합니다. 이 방법은 담금질 시 나타나는 완전한 경도까지 도달하지 않으면서도 강도와 일관성을 높여주며, 두께가 서로 다른 단면들이 동일한 거동을 보여야 할 때 주로 선택됩니다.
담금질 및 템퍼링
담금질은 주물을 급속히 냉각시켜 경질 미세구조를 형성하고, 이후 템퍼링을 통해 더 낮은 온도로 재가열하여 인성을 회복시킵니다. 이 두 공정을 병행함으로써 높은 강도와 제어된 연성을 동시에 확보할 수 있으며, 이는 기어, 축, 마모 부품에 적용되는 표준 공정입니다.
침전 경화
석출 경화 처리는 고온에서 합금 원소를 용해시킨 후, 이를 미세 입자로 재석출시켜 전위 이동을 차단하는 방식입니다. 이러한 입자들이 결정 구조를 고정시키기 때문에, 이 처리는 고농도의 합금 원소를 첨가하지 않고도 높은 강도를 얻을 수 있게 해주며, 고강도 알루미늄 주물의 표준 제조 공정으로 자리 잡고 있습니다.
노화
노화 처리는 용액 처리 후 이루어지는 저온 공정으로, 실온에서 자연적으로 이루어지거나 용광로에서 인위적으로 수행됩니다. 인위적 노화 처리는 제어된 온도에서 정해진 시간 동안 진행되며, 자연적 노화 처리는 실온에서 서서히 일어납니다. 어느 경우든 이 공정을 통해 알루미늄 주물에 사용되는 T4, T5, T6 열처리 상태의 최종 강도가 확보됩니다.
이러한 공정은 결정립 수준에서 일어나는 현상을 변화시킴으로써 효과를 발휘합니다. 서서히 냉각하면 탄소가 확산되어 더 연한 조직을 형성하고, 급속 냉각하면 탄소가 더 단단한 상에 갇히며, 재가열하면 그 경도 중 일부가 인성으로 전환됩니다. 동일한 탄소 함량이라도 냉각 프로파일에 따라 연하고 인성이 좋은 주조품부터 단단한 주조품까지 다양한 특성을 띠게 되며, 금속 주조 검사 방법 경도 시험 및 금속 조직 분석과 같은 방법을 통해 의도한 구조가 달성되었는지 확인합니다.
열처리 주물의 용도
열처리를 거친 주물품은 강도, 내마모성 또는 일관성이 사용 수명을 결정하고, 재료에 따라 열처리 공정이 달라지는 모든 분야에서 사용됩니다. 회주철은 일반적으로 가공 전에 응력 제거 또는 어닐링 처리를 거치며, 강철 주물품은 정규화, 담금질 및 템퍼링을 거치고, 알루미늄 주물품은 용체화 처리 및 시효 처리를 적용하며, 스테인리스강 등급은 각기 고유한 열처리 공정을 따릅니다. 이 가치는 또한 작업 방식에 따라 달라지며, 주조 공급업체 전체 열처리 공정을 관리하는 사람.
- 자동차 및 기계: 강도와 피로 수명이 요구되는 기어, 크랭크샤프트, 브레이크 부품 및 하우징.
- 펌프 및 밸브: 연성과 내충격성이 중요한 압력 용기, 보닛 및 임펠러.
- 마모 부품: 표면 경화 처리를 통해 성능이 향상되는 연마 매체, 마모 방지판 및 내마모성 부품.
- 구조 및 에너지 관련 부품: 일정한 기계적 특성이 요구되는 기계 프레임, 풍력 및 에너지 관련 부품, 중량 주물 등.
구상 주철 – 주철 주조 제조업체
부품 도면, 사용 조건 및 목표 경도 또는 템퍼를 다음 주소로 보내주십시오. 당사의 엔지니어들, 그리고 금형 제작을 확정하기 전에 해당 등급과 열처리 공정을 확인하도록 하십시오. 양산 전에 공정을 제대로 설정하는 것이 사양을 충족하지 못한 주물을 재가공하는 것보다 비용이 적게 듭니다.
